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TECNOLOGÍA DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES Y MEDIO AMBIENTE LABORATORIO NÚMERO 03 NUMERO DE GRUPO: 2

INTEGRANTES: ESCOBEDO MEDINA LUIS ALBERTO

1723225394

MAYORGA HILARIO IVAN

1713220193

RAMIREZ GUERRA LEONARDO ENRIQUE

1723225233

UGARTE CHINCHERO JAVIER CRISTHIAN

1723215056

YABAR CALDERÓN NAHIL HASSAN

1723215083

ZUÑIGA BOCANEGRA RODRIGO

1723225144

PROFESOR: ING. VELAZCO LORENZO DINAU

GRUPO HORARIO: 90G – 01L

ESCUELA: INGENIERIA ELECTRÓNICA

CICLO: 2020 B

I.

OBJETIVOS



Reconocimiento del principio de funcionamiento del aerogenerador.



Establecimiento de la relación existente entre las dimensiones de los distintos elementos y parámetros básicos de funcionamiento y la potencia suministrada por un aerogenerador.



Identificación de los componentes de un aerogenerador.

II.

FUNDAMENTO TEORICO

SIMA 2.0 Entorno gráfico El simulador ha sido desarrollado mediante LabVIEW, por lo tanto, será éste el lenguaje de programación que se usará para mostrar el diseño de interfaces gráficas. Se explicarán los distintos conceptos a tener en cuenta en el diseño de dichas interfaces indicando convenientemente las diferencias entre controles e indicadores, las propiedades de cada uno de ellos, así como determinadas funciones que podrían resultar de interés. Teoría de Betz Este es el definido por la Teoría de Betz que una turbina eólica puede convertir en energía mecánica como máximo un 59,26 % de la energía cinética del viento que incide sobre ella.

La energía eólica y parámetros de un aerogenerador La energía eólica es uno de los métodos para el aprovechamiento de energía renovables esta asociada a la energía cinética del viento Los parámetros que intervienen en el correcto funcionamiento del aerogenerador son: •

Potencia que posee el viento sin perturbaciones de ningún tipo: Es la máxima potencia que podríamos extraer al viento si pudiésemos convertir toda su energía cinética en energía útil.

•

Potencia máxima que se puede extraer del viento: Según la teoría de Betz un aerogenerador puede convertir energía mecánica como máximo un 59,26 % de la energía cinética del viento.

•

Coeficiente de potencia: Indica con qué eficiencia el aerogenerador convierte la energía del viento en electricidad.

•

Influencia de la densidad del aire: La energía cinética del viento depende de la densidad del aire.

Estudio de la influencia del terreno. Rugosidad Los controles disponibles son: 

Altura de la Torre



Tipo de Terreno o Rugosidad: Estos pueden ser:  Mar. Rugosidad nula. Situación Ideal  Terreno Llano: Sin obstáculos,  Terreno Arbolado.  Terreno Arbolado y con edificaciones y/o obstáculos.



Velocidad Ideal del viento.

1. Simula la dependencia de la velocidad del viento respecto de la potencia

obtenida

en

el

aerogenerador

en

las

siguientes

condiciones: Densidad del aire ρ=1.2kg /m3 Longitud Pala =40 m Coeficiente de potencia: 20 % Velocidad del viento (m/s)

5

10.2

15.1

Potencia del viento (w)

189K

1.61M 5.21 M

Potencia

del 38.9K 392K

Aerogenerador (w)

Para velocidad del viento= 5:

1.07 M

17.6

20.1

8.26M 12.3

25

30

23.7M 40.9M

M 1.69M 2.52 M

4.84M 8.37M

Para velocidad de viento=10.2:

Para velocidad de viento=15.1:

Para velocidad de viento=17.6 :

Para la velocidad de viento=20.1

Para la velocidad de viento=25

Para velocidad de viento=30

¿Por qué los valores de potencia del aerogenerador aumentan desde decenas de Kw a decenas de Mw?

La ecuación de la potencia del aerogenerador nos muestra que la velocidad es directamente proporcional a esta, es decir si la velocidad del viento aumenta por ende aumenta la potencia del aerogenerador. 2. Manteniendo constantes la densidad del aire y el coeficiente de potencia, modifica ahora la longitud de la pala y complete las tablas siguientes:

Densidad del aire ρ=1.2kg /m3 Longitud Pala =30 m Coeficiente de potencia: 47 % Velocidad del viento (m/s)

5

10.2

15.1

17.6

20.1

25

30

Potencia del viento (w)

107K

908K 2.95

4.67

6.95

13.4

23.1M

M

M

M

2.19

3.26

6.28

M

M

M

M

15.1

17.6

20.1

25

30

6.33

9.44

18.2

31.4M

M

M

M

1.88

2.97

4.43

8.53

M

M

M

M

M Potencia

del 50.2K 426K 1.38

Aerogenerador (w)

10.9M

Densidad del aire ρ=1.2kg /m 3 Longitud Pala =35 m Coeficiente de potencia: 47 % Velocidad del viento (m/s)

5

10.2

Potencia del viento (w)

145K

1.23M 4M

Potencia Aerogenerador (w)

del 68.2 K

579K

14.7M

Densidad del aire ρ=1.2kg /m3 Longitud Pala =40 m Coeficiente de potencia: 47 % Velocidad del viento (m/s)

5

10.2

15.1

17.6

20.1

25

30

Potencia del viento (w)

189K

1.61M 5.21

8.26

12.3

23.7

40.9M

M

M

M

M

2.45

3.88

5.78

11.1

M

M

M

M

Potencia

del 88.9

Aerogenerador (w)

755K

K

19.2M

Densidad del aire ρ=1.2kg /m 3 Longitud Pala =45 m Coeficiente de potencia: 47 % Velocidad del viento (m/s)

5

10.2

15.1

17.6

20.1

25

30

Potencia del viento (w)

293K

2.03K 6.59

10.4

15.7

30.1

52M

M

M

M

M

3.09

4.9M

7.35

14.1

M

M

Potencia Aerogenerador (w)

del 112K

954K

M

24.4M

Densidad del aire ρ=1.2kg /m3 Longitud Pala =50 m Coeficiente de potencia: 47 % Velocidad del viento (m/s)

5

10.2

15.1

17.6

20.1

25

30

Potencia del viento (w)

295K

2.5M

8.13

12.9

12.2

36.9

63.7M

M

M

M

M

1.18

3.82

6.04

9M

17.3

M

M

M

Potencia

del 139K

Aerogenerador (w)

29.9M

M

Densidad del aire ρ=1.2kg /m 3 Longitud Pala =55 m Coeficiente de potencia: 47 % Velocidad del viento (m/s)

5

10.2

Potencia del viento (w)

357

3.03M 9.82

K Potencia Aerogenerador (w)

del 167 K

15.1

17.6

25

15.6M 23.2M 44.6

M 1.42M 4.61

20.1

30 77M

M 7.3M

M

10.9M 20.9

36.2M

M

Indica en que influye la longitud de la pala en la potencia del aerogenerador La ecuación para hallar la potencia del aerogenerador nos pide el diámetro del rotor, es ahí donde la pala y el buje intervienen en la ecuación, y dan una proporción directa al resultado de la potencia, es decir si la longitud de la pala aumenta la potencia del aerogenerador aumenta también.

1. Para las condiciones que se indican y un valor de velocidad del viento que quieras, modifica la densidad del aire según la tabla siguiente. Los valores de densidad del aire entre valores de 0.87 a 1.42. Velocidad del viento: 16

m/s

Longitud Pala: 45 m Coeficiente de potencia: 40 % Densidad del aire

0.87

1

1.16

1.32

Potencia viento (w)

5.68M

6.53M

7.58M

8.62M

aerogenerador 2.27M

2.61M

3.03M

3.44M

Potencia (w)

CALCULO DE LA POTENCIA DEL VIENTO Para d=0.87 kg/m^3

Para d=1 kg/m^3

Para d=1.16 kg/m^3

Para d=1.32 kg/m^3

¿Con los valores obtenidos, crees que la densidad del aire influye mucho o poco en la potencia del aerogenerador? ¿Por qué? La variación influye poco en la potencia del aerogenerador, dado que su proporción es directa en la ecuación y que la energía cinética de un cuerpo en movimiento es proporcional a su masa. Así, la energía cinética del viento depende de la densidad del aire, es decir, de su masa por unidad de volumen.

2. Plantea las condiciones fijas de trabajo del aerogenerador como tú quieras y modifica el valor del coeficiente de potencia tomando 5 valores entre 20% y 59%.

Velocidad del viento:

12.9 m/s

Longitud Pala: 36.2 m Densidad del aire ρ=1.16 kg/m 3

Coeficiente de potencia

20%

27%

35%

46%

59%

Potencia viento (w)

2.56M

2.56M

2.56M

2.56M

2.56M

694K

910K

1.17M

1.51M

Potencia aerogenerador 525K (w)

CALCULO DE LA POTENCIA DEL VIENTO Para Coef.Pot=20%

Para Coef.Pot=27%

Para Coef.Pot=35%

Para Coef.Pot=46%

Para Coef.Pot=59%

Indique cual es el significado del coeficiente de potencia y por qué su valor es de 59% Indica con qué eficiencia el aerogenerador convierte la energía del viento en electricidad, dividiendo la potencia eléctrica disponible por la potencia de entrada. El valor del 59% está relacionado con la teoría de Betz, que nos dice que una turbina eólica puede convertir en energía mecánica como máximo en ese valor de la energía cinética del viento que incide sobre ella. Practica 2. Rugosidad

1. Disponemos de un aerogenerador de 850 KW de potencia, por lo tanto se pretende que trabaje al máximo de su potencia, para ello deberás ajustar la altura de la torre en función del tipo de terreno(rugosidad) en el que el aerogenerador se vaya a encontrar. Ajusta la velocidad del viento necesaria para alcanzar la máxima potencia. RUGOSIDAD

0

1

2

3

(Mar)

(Terreno

(Terreno

llano)

semillano)

Arbolado)

(Terreno

Altura de la Torre

75m

75m

75m

75m

Viento (m/s) Ideal

15.08

18.4

20.8

24.05

Viento(m/s) Aerogenerador

15

15

15

14.98

850

850

850

Potencia

Aerogenerador 850

(Kw) Rugosidad: Mar

Rugosidad: Terreno Llano

Rugosidad: Terreno Semilleno

Rugosidad: Terreno Baldio

2. Influencia de la Rugosidad 1° Coloca los datos obtenidos para Potencia máxima del del aerogenerador para RUGOSIDAD (MAR), en la tabla siguiente. 2°Para esas mismas condiciones modifica la rugosidad colocando los valores obtenidos en la tabla, indicando la diferencia respecto a la condición. RUGOSIDAD

0 (mar)

1

2

3

(terreno llano)

(terreno

(terreno

semilleno)

arbolado)

Valor

Diferencia valor

Diferencia Valor

Diferencia

Altura de la Torre

75m

75m

0

75m

0

75m

0

Viento (m/s) Ideal

15.02

18.4

-3.38

20.8

-5.78

24.05

-9.03

15

0

15

0

14.98

0.02

Viento Aerogenerador

(m/s) 15.

Potencia Aerogenerador

850kw 850kw 0

850kw 0

850kw 0