TAREA Nº2

Energía eólica y Energía solar

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA

QUIMICA

ÍNDICE

1. DATOS .................................................................................................................. 1

2. METODOLOGIA DE CÁLCULO ........................................................................ 4

3. RESULTADOS ................................................................................................... 10

4. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................. 13

1

1. DATOS

Grafico 1.1. Velocidad media mensual para el sitio escogido

Grafico 1.2 Distribución de frecuencia de la velocidad para viento a 5 metros.

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0

Fre

cue

nci

a %

Velocidad [m/s]

2

Tabla 1.1 Relación entre la velocidad anual, su respectiva frecuencia y su factor

ponderado.

Velocidad (m/s) Frecuencia % Ponderación

0,2 0,80 0,0016

0,6 2,40 0,0144

1,0 3,25 0,0325

1,4 4,40 0,0616

1,8 4,50 0,0810

2,2 3,80 0,0836

2,6 4,20 0,1092

3,0 4,10 0,1230

3,4 4,40 0,1496

3,8 4,70 0,1786

4,2 4,80 0,2016

4,6 5,40 0,2484

5,0 5,90 0,2950

5,4 6,90 0,3726

5,8 7,70 0,4466

6,2 7,90 0,4898

6,6 7,10 0,4686

7,0 7,30 0,5110

7,4 5,30 0,3922

7,8 2,80 0,2184

8,2 1,40 0,1148

8,6 0,75 0,0645

9,0 0,20 0,0180

4,6 100,00 4,6766

Tabla 1.1 Características del sitio.

Características del sitio

Latitud 33.111 S

Longitud 71.706 O

Elevación 230,1 msnm

Densidad aire 1,21

3

Tabla 1.2 Radiación promedio mensual de la energía sumada sobre todas las horas del

día.

Meses Radiación (kWh/m2·dia)

Enero 7.23

Febrero 6,46

Marzo 5,27

Abril 3,81

Mayo 2,26

Junio 1,91

Julio 2,3

Agosto 2,96

Septiembre 4,28

Octubre 5,96

Noviembre 6,54

Diciembre 7,25

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2. METODOLOGIA DE CÁLCULO

Aerogenerador

Por medio de la pagina http://ernc.dgf.uchile.cl/Explorador/Eolico2/ se genero un

informe de la zona a estudiar utilizando una altura de 5 metros de altitud sobre el

nivel del suelo.

4.1.1-Calculo de velocidad ponderada del viento para la zona estudiada.

Por medio de la tabla 1.1 se procederá a determinar la velocidad promedio anual

ponderada.

Los resultados obtenidos se presentaran en la tabla 3.2

4.1.2-Calculo del área barrida por el aerogenerador.

Se escogió un diámetro de 4 metro para las hélices del aerogenerador, determinando

un área barrida:

5

Corrigiendo la velocidad media calculada para una nueva altura de 8 metros por

medio de un factor de 0,13 correspondiente a un terreno poco rugoso tenemos:

Los resultados obtenidos se presentaran en la tabla 3.2

4.1.3-Determinacion de la potencia eólica

Para una densidad de 1,21 kg/m3, se procederá a determinar la potencia eólica

Los resultados obtenidos se presentaran en la tabla 3.1

4.1.4-Determinacion de la potencia eléctrica

Una vez determinada la potencia eólica se procederá a determinar la potencia

eléctrica entregada suponiendo un Cp de 0,5 y un rendimiento eléctrico de 0,95:

6

Los resultados obtenidos se presentaran en la tabla 3.1

4.1.5-Validación del diámetro de rotor.

El diámetro del rotor es el adecuado debido a que Vpp es menor a los 340 m/s que

representa la velocidad del sonido, pudiendo generarse una cavitación en el caso de

que el valor de Vpp sobrepase los 340 m/s.

Los resultados obtenidos se presentaran en la tabla 3.3

4.1.6-Calculo del número de paletas:

Los resultados obtenidos se presentaran en la tabla 3.3

Debido a que el λ es de 12,6, se encuentra entre el intervalo 5-15 escogiendo dos

paletas para el aerogenerado

7

Sistema Fotovoltaico

Por medio de la pagina http://walker.dgf.uchile.cl/Explorador/Solar2/ se genero un

informe de la zona a estudiar correspondiente al periodo de 2003-2011.

Ya que por medio de nuestro aerogenerador se consiguió generar un total de 0,44 W

su buscara cubrir la diferencia por medio de un sistema fotovoltaico.

De la tabla xxx correspondiente a la radiación media mensual del lugar estudiado para

el periodo 2003-2011, se escogerá el mes de Junio para efecto de cálculos debido a

que es en este mes donde la radiación solar es minima tomando un valor de 1,91

kWh/m2·dia.

4.2.1-Calculo de horas pico solar.

4.2.2-Calculo del número de paneles solares.

Para el número de paneles solares necesarios se utilizara unos paneles modelo

Isofoton I-100 MC con un voltaje de 12 V y con una potencia nominal de 100 W.

8

Como utilizaremos un voltaje de 48V, tomaremos un número de paneles múltiplo de

cuatro utilizando finalmente 60 paneles solares.

Los resultados obtenidos presentaran en la tabla 3.5

4.2.3-Calculo del número de estructuras de soporte

Se utilizaran en cada estructura de soporte un número de 4 paneles solares de esta

manera se tendrá:

Se utilizara una estructura de 48 V.

Los resultados obtenidos presentaran en la tabla 3.6

4.2.4-Calculo de la cantidad de reguladores.

Se agruparan los 60 paneles en 2 grupos con 7 y 6 conjuntos cada uno de la cual cada

conjunto tendrá 4 paneles de esta manera tenemos:

Se utilizara un regulador TAROM 430 de 48V con un corriente de 30A

Los resultados obtenidos presentaran en la tabla 3.7

9

4.2.5-Dimensionamiento de las baterías.

Se supondrá un máximo de un día de autonomía

Los resultados obtenidos presentaran en la tabla 3.8

4.2.6-Calculo del número de baterías que se requieren

Para los efectos de cálculo se utilizara una batería modelo EnerSol 80 con una

capacidad de 80 Ah.

Se utilizaran cuatro baterías para nuestros 60 paneles solares conectadas en serie.

4.2.7-Determinación del inverso

Ya que se busca cubrir una demanda de 2,75 kW (una cantidad ligeramente mayor

que los 2,56 kW) y para unos 48 V se escogerá un modelo Poenix Multi C 48/3000

con un voltaje DC de admisión de 48, potencia continua de 3000 W, voltaje CA de

salida de 230 V con una onda senoidal.

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3. RESULTADOS

Se utilizara un diámetro de paletas de 4 metros.

Tabla 3.1 Relación entre diámetros, potencia eólica y potencia eléctrica

Diámetro (m) Potencia eólica (kW) Potencia eléctrica (kW)

2 0,23 0,11

4 0,93 0,44

6 2,10 1,00

8 3,74 1,77

Tabla 3.2 Velocidad promedio anual, velocidad ponderada según la frecuencia anual

y velocidad modificada para una altura de 8 metros.

Velocidad promedio (m/s) Velocidad ponderada (m/s) Velocidad modificada (m/s)

4,60 4,68 4,97

Tabla 3.3 Relación entre la velocidad en la punta de la pala, velocidad específica y nº

de paletas.

Vpp λ Nº paletas

62,83 13 2

Tabla 3.4 Características y costo del aerogenerador escogido.

Aerogenerador

Empresa Bornay

Nº helices 2

Diametro (m) 4

Voltaje (V) 24, 48, 120

Potencia nominal (W) 1500

RPM 300

Costo € 5800

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Tabla 3.5 Descripción del panel fotovoltaico utilizado con sus respectivos costos

asociados.

Paneles fotovoltaicos

Modelo Isofotón I-100 MC

Descripción

Potencia nominal (W) 100

Voltaje nominal (V) 12

Cantidad 60

Precio € 825

Precio Total € 49523

Tabla 3.6 Descripción de la estructura utilizada con sus respectivos costos asociados.

Soporte

Modelo Agridrovert Solar

Descripción Est. Acero galvanizado

Potencia nominal (W) 100

Cantidad 15

Precio € 275

Precio Total € 4125

Tabla 3.7 Descripción del regulador utilizado con sus respectivos costos asociados.

Reguladores

Modelo TAROM 430

Distribuidor Agridrovert Solar

Corriente (A) 30

Voltaje (V) 48

Cantidad 2

Precio € 350

Precio Total € 700

12

Tabla 3.8 Descripción de la batería utilizada con sus respectivos costos asociados.

Baterías

Modelo EnerSol 80

Descripción SLI modif. Monnoblock

Capacidad (Ah) 80

Voltaje (V) 12

Horas descarga 100

Cantidad 4

Precio € 350

Precio Total € 1400

Tabla 3.9 Descripción del inversor utilizado con sus respectivos costos asociados.

Inversor

Modelo Poenix Multi c 48/3000

Distribuidor Victrón

Voltaje DC de ad. (V) 48

Potencia continua (W) 300

Voltaje de salida (V) 230

Tipo de onda salida senoidal

Cantidad 1

Precio € 2800

Precio Total € 2800

Tabla 3.10 Relación precio estructura y precio final del sistema fotovoltaico.

Estructuras Cantidad Precio € Precio estructuras €

Paneles 60 825 49500

Baterías 4 85,9 344

Soporte 15 275 4125

Reguladores 2 350 700

Inversor 1 2800 2800

Precio final 57469

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4. BIBLIOGRAFÍA

http://walker.dgf.uchile.cl/Explorador/Eolico2/

http://walker.dgf.uchile.cl/Explorador/Solar2/

http://www.merkasol.com/Aerogeneradores

http://www.olx.cl/q/aerogenerador/c-210

http://www.solostocks.com/venta-

productos/generadores/aerogeneradores/aerogenerador-bornay-1500-w-120v-2-palas-

con-inversor-de-conexion-a-red-8804959

http://www.solostocks.com/venta-

productos/generadores/aerogeneradores/aerogenerador-enair-30-a-220-v-con-3-palas-

8805667

http://www.teknosolar.com/fotovoltaica-aislada/eolica-aislada/aerogeneradores.html