electricidad en el siglo XXI


¿LA ELECTRICIDAD DEL SIGLO XXI?
En México no es raro que estemos padeciendo de una crisis energética cada vez mayor pese a los grandes avances que se tuvieron al respecto, lo que conlleva a que los ingenieros químicos nos enfoquemos en la búsqueda de nuevas fuentes de energía que satisfagan la creciente demanda de electricidad, consecuencia del aumento de la población y la modernización, asícomo el crecimiento industrial. A todo ello hay que agregar que varios de los métodos de la obtención de energía eléctrica han implicado un gran impacto a nuestro ambiente, lo que se traduce en una contribución importante al calentamiento global, y éste es un problema por el cual hemos de buscar solución a la brevedad posible.
Recientemente se publicó en la revista Contenido del mes de Febreroque en México al este de Oaxaca en el istmo de Tehuantepec se están buscando nuevas formas para la obtención y aprovechamiento de la energía eléctrica a partir de la energía eólica, una de las pocas fuentes de energía que prácticamente no deja residuos que se expulsan al ambiente. Este experimento está siendo llevado a cabo por la Comisión Federal de Electricidad (CFE) en una estación experimentalllamada la Venta y consiste en el uso de siete molinos de viento, diseñados con tres aspas de fibra de vidrio de 27 m de diámetro.
En el lugar donde se está llevando este experimento a cabo la velocidad del viento es de 15 m/s sin tomar en cuenta la fricción o rozamiento entre el aire y sus aspas; a esto se le denomina, condiciones ideales.
De acuerdo a los resultados publicados delexperimento, los molinos están acoplados a unos generadores que producen 1 ,575 KW (Kilowatts), energía suficiente para alimentar 15,750 focos de 100 watts cada uno. Este resultado, sin embargo, es muy debatible entre los ingenieros de la república, y en el presente trabajo demostraremos la veracidad del experimento mediante el uso de fórmulas básicas de la física, en especial aquellas que tratan de lamecánica de fluidos (aire).
Emplearemos la fórmula de flujo volumétrico del aire para comprobar la cantidad de fluido que viaja a través de las aspas:


Dónde:
A = área de la sección transversal de flujo de aire.
v= velocidad del aire.
D= diámetro de las aspas (sección transversal de flujo).

Otra variable a tomar en cuenta es la energía cinética producida gracias al flujo del aire, y por endela potencia generada por los generadores acoplados a los molinos:

Dónde:
EC = energía cinética.
m = masa del aire.
gc = constante de la segunda ley de Newton. Si la unidad de fuerza es el Newton, entonces gc = 1.
Conocida la densidad del aire, podemos emplear el concepto de densidad para determinar el volumen de aire mediante manipulación posterior de las fórmulas:

Dónde:
ρ = densidaddel aire, cuyo valor es de 1.2 Kg/m3.
m = masa del aire.
V = volumen del aire
Si el flujo volumétrico se multiplica por el tiempo de operación se tiene el volumen de aire correspondiente al buscado:

t = tiempo de operación.
Ahora bien, la potencia de un molino es, conceptualmente, la energía proporcionada por los generadores por unidad de tiempo; esto, en base a la fórmula de física serepresenta de la siguiente forma:

Se puede observar que la energía cinética depende de la masa de aire que viaja por unidad de tiempo. Despejando la masa del aire de la densidad y sustituyendo el volumen de aire se llega a:

Sustituyendo masa del aire en la potencia:



Se puede observar que la potencia del molino es proporcional al cuadrado del diámetro de las aspas y al cubo de le velocidaddel viento. De modo que los cálculos e interpretaciones deberán hacerse de la manera más cuidadosa y precisa ya que una pequeña variación en el viento puede significar un incremento muy grande en la potencia; además dado que la velocidad del viento es aleatoria, es un parámetro imposible de manipular, lo que conlleva a problemas en el funcionamiento de los molinos. Sustituyendo la información...