Aerogeneradores

Técnico en Aerogeneradores y Parques Eólicos
Tema 1. Energía Eólica Ejercicio Final
Aplicando lo aprendido en este curso, diseña y dimensiona un parque eólico situado en La Muela, en la provincia de Zaragoza.
A través de una estación meteorológica situada a 10m sobre el nivel del terreno hemos recogido los siguientes datos:
Dirección predomínate: Oeste
Temperatura media ambiente: 10°CVelocidad media a una altura de 10 m en la dirección predominante: 5´4m/s.
N° horas anuales equivalentes a velocidad media y en la dirección predominante: 2.458 horas /año.

PARTE I: Cálculo de la potencia disponible, aprovechable y eléctrica.

Calcula la potencia eólica disponible, potencia aprovechable y la potencia eléctrica para los siguientes modelos de aerogenerador:

GAMESA EÓLICAG80 – 2.0MW
GAMESA EÓLICA G128 – 4,5MW
Siendo los coeficientes de rendimiento los siguientes:
Rendimiento eléctrico: 0,85
Rendimiento eléctrico: 0,90

SOLUCIÓN DEL EJERCICIO

La cantidad de viento de un lugar determina cuanta energía podemos esperar de un aerogenerador de un tamaño concreto. Todo cuerpo en movimiento lleva implícito una energía cinética debido al mismo, por lo tanto, podemosdecir que el viento conlleva en sí mismo una energía cinética definida por la siguiente ecuación: E = 0,5 m v2; donde:
E, Energía cinética de una partícula (cuerpo) en movimiento en Julios (J)
M, masa de la partícula en Kg
V, velocidad de la partícula en m/s

La masa de un cuerpo la podemos dar en función de su densidad, por lo tanto la masa del aire que conforma el viento vamos a expresarlaen función de la densidad del aire.
La expresión de densidad: p = m/v (V, como el volumen de la cantidad de aire), expresa que una cantidad de aire en general ocupa un volumen determinado. Si sustituimos la masa en función de la densidad y del volumen en la formula de la energía cinética, nos queda la siguiente expresión: E = 0,5p V v2.
Nos ayudamos de la siguiente fórmula para entender elcambio de la formula de la energía cinética:
V = A*L
E/T=P
E/T=P
E = 0,5 p A L v2,
Donde:
P, potencia del viento en W
p, densidad del aire en el lugar de la mediación en Kg/m3
A, área transversal a la dirección del viento formada por la rotación del rotor en m2
V, velocidad del viento incidente sobre el rotor en m/s

De esta fórmula deducimos que el incremento de cualquiera de estosfactores aumenta la potencia disponible en el viento. Realmente la potencia eólica va a depender exclusivamente del área barrida por las palas E/ T = 0,5 (p A L v2/ T) P = 0,5p A v3, dependerá del tamaño del diámetro del rotor y especialmente de la velocidad del viento.

Datos necesarios para obtener la potencia disponible:
Velocidad (v) : la obtendremos de la siguiente fórmula: V = v0 (Ln (h/z0)/Ln (h0/z0)) ó G80 V = 5,4 (Ln (100/0,03)/ Ln (10/0,03)) =7,54 m/s ó G128 V = 5,4 (Ln (120/0,03)/ Ln (10/0,03)) = 7,71 m/s
Densidad (p): según las tablas 1,2 de la pagina 14,15 o T = 10°C p = 1,247Kg/m3 o Altitud: la Muela = 600 metros G80 700m Variación relativa = 0,93 p final
Potencia eólica disponible G80 P = 0,5*1,15971*5027*(7,54)3 = 1249517,46 W = 1249,51 KW
Potencia eólica disponible G128P = 0,5*1,1535*12868*(7,71)3 = 3401431,97 W = 3401,43 KW Área de barrido = 5027 m2 (área de barrido = 12868 m2 Valoración relativa 0,925

La potencia eólica aprovechable, Pm es la siguiente: Pm = Cp* P = Cp * 0,5 * p *A *v3. Es decir, es la potencia eólica disponible multiplicada por un coeficiente Cp, llamado coeficiente de potencia mecánico, que representa la fracción de potencia extraíble enel rotor respecto a la disponible en el viento. Cp depende de la velocidad del viento, de la velocidad del aerogenerador y del ángulo de calado de las palas. Se puede sintetizar:
El ángulo de paso de pala, β
El coeficiente de velocidad específica, λ. λ = (Ω (D/2) / Vhub, Donde:
Ω, es la velocidad angular de giro del aerogenerador en rad/s.
La velocidad lineal v, viene definida por la...