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Energía Eólica 1

Energía Eólica 1. Contenido. Introducción Historia Viento Recurso Eólico Tecnologías para aprovechar el viento Proyecto. Por qué viento. Carbón Extracción Distribución quema vapor tur bina vapor  ciclo Rankine red eléctrica Gas natural, petróleo

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Energía Eólica 1

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  1. Energía Eólica 1

  2. Contenido • Introducción • Historia • Viento • Recurso Eólico • Tecnologías para aprovechar el viento • Proyecto

  3. Por qué viento • Carbón • ExtracciónDistribución quema vapor tur bina vapor  ciclo Rankine red eléctrica • Gas natural, petróleo • Extracción Refinación  Distribución … • Energía nuclear • Extracción Enriquecimiento fisión vapor… • Energía eólica • Viento Turbina generador red eléctrica Flexible, no CO2

  4. Potencial del viento • E solar interacción atmósfera-tierra-océano viento aprox 2% del total se transmite al viento • E sol: 300-1000W/m2, E viento: 1-3KW/m2 • Crecimiento E eólica: 30% anual! • De todas maneras ese 2% es 200 veces el consumo energético anual de la tierra (del orden de )

  5. Historia • Velas: al menos 6000 años. • Molinos: Persia (panemone), 900-100 A.C (http://www.telosnet.com/wind/early.html) Arrastre

  6. Historia • Europa: 1300-1875 A.D. Sustentación

  7. Historia • Turb. Horizontales para bombeo de agua en la América rural del s XIX.

  8. Historia • Revolución industrial • 1888: Charles Brush (17m diam wind rose configuration, 12kW) • 1890: Lewis Electric Co. Vende generadores para conectar a turbinas existentes • 1920s-50s: WECS de 2 y 3 propulsores • 1940s-60s: electrificación de zonas rurales lleva al desuso de las turbinas eólicas!

  9. Historia Palmers Putnam´s 1.2 MW años 30s • Innovaciones como control de ángulo de ataque en los años 70s • Escalamiento a la producción en masa: nuevos materiales

  10. Hoy • 25 años: el precio de la E. eólica ha decrecido más del 80% (de 1 us dll a 3-5 centavos de dólar) y puede competir con E. fósil. • Diseños modernos: GE 3.6 MW, Clipper 2.5 MW (offshore). Suficiente para 100 casas aprox.

  11. ¿Qué es el viento?

  12. Sol • Cambios de densidad debido a dif. De temperatura y densidad. El aire húmedo es menos denso que el aire seco! • Diferencias de temperaturas debido al terreno, agua, etc. • Diferencias de presión • Movimiento de la tierra ρ = ρda (1 + x) / (1 + 1.609 x )  

  13. Viento • Fuerza centrífuga r=6000km, g=9.81m/s2 f=mv2/r • “Fuerza” de Coriolis

  14. Circulación global, viento geostrófico No es tan sencillo: turbulencia, efectos de topografía y condiciones de frontera

  15. Atmósfera

  16. No es tan sencillo • Turbulencia • Efectos de topografía • Transferencia de calor • Frentes y chorros • Tormentas, condensación y cambios de fase • Inestabilidades hidrodinámicas, huracanes

  17. Viento, múltiples escalas • Diferentes escalas de tiempo, longitud • Mesoescala • micrometeorología

  18. Proyecto Tenemos una torre de 50m Instrumentada con Anemómetros sónicos a cinco diferentes alturas, adquiriendo a 10Hz. Se guardan los datos crudos para futuros análisis.

  19. Equipos

  20. El experimento Data-Logger Transmisor inalámbrico Anemómetro sónico Procesador Red DSP Puertos Mem. Interna Mem. Interna switch Puertos Transmisor inalámbrico Serv Linux

  21. El experimento • Acceso directo via web: • al data-logger y • a los datos en una base de datos OpenSource • para promover colaboraciones y mantenimiento a distancia

  22. Análisis de datos • Detección de errores • Rotación • Promediado temporal • detrending • flujo Estacionario? • Corrección estela • Corrección frecuencia • Análisis y Publicación • Objetivos y variables • Hardware • Software • Plan de Mantenimiento • Instrumentos • Probar Adq. Datos • Probar Guardado de datos • Organizar Datos • Mantenimiento

  23. Resultados preliminaresRosa de vientos A-3 (12m, 3D) Línea de Costa

  24. Resultados preliminaresRosa de vientos A-5 (50m, 3D) Línea de Costa

  25. Resultados preliminareshistogramas de velocidad (A-3: z=12.5 m) No. de eventos Velocidad del viento (m/s)

  26. Perfil de Velocidad Para condiciones de neutralidad: Donde se mide la velocidad de fricción usando las fluctuaciones de velocidad: Para condiciones de no neutralidad: U = Velocidad del viento en la altura Z U* = Velocidad de fricción k = Constante de Von Karman z = Altura z0 = Rugosidad superficial L = Longitud de Monin-Obukhov

  27. No Homogeneidad horizontal (capa límite interna) Zonas costeras: ventajas, desventajas

  28. No Homogeneidad horizontal: caso cuasi-neutral Tierra: rugoso a suave z0 del orden de 2cm Mar: suave a rugoso z0 del orden de 4 x10-6 Pocos datos. Resultados similares a Echols y Wagner (1972)

  29. Proyecto • Calcular Potencial eólico proveniente de simulaciones, de estación meteorológica, de anemómetros sónicos • Calcular potencial eólico convencional a 50m • Calcular rugosidades superficiales usando datos de anemómetros sónicos • Proponer

  30. Viento • Mecánica de fluidos: ecuaciones de Navier-Stokes • Más ec. de continuidad • Velocidad (3), presión, 4 ecs. 4 incógnitas • Más ec. de energía y ecs. de estado (Pv=RT) para transf. de calor y densidad variable

  31. Fuerza ficticia

  32. Fuerza ficticia • Aceleración del marco de referencia móvil • Aceleración c/resp al marco de referencia móvil • Término que depende de la velocidad y aceleración de los vectores unitarios

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