Professor:Jacinto Arroyo

El viento es aire en movimiento y es una forma indirecta de la energía solar. Este movimiento de las masas de aire se origina por diferencias de temperatura causada por la radiación solar sobre la superficie terrestre, que junto a la rotación de la tierra, crean entonces los, llamados, patrones globales de circulación.

DINÁMICA ATMOSFÉRICA

DINÁMICA ATMOSFÉRICA

Fuerzas que intervienen en elmovimiento de la atmósfera

2da Ley de NewtonF=m.a

Fuerza de gradientede presión

Fuerza de Coriolis

Fuerza centrípeta

Fuerza de fricción

Vientos de Escala Macro (100 ‐ 10,000 Km.) El flujo de viento originado por la circulación global se conoce como 

vientos de escala macro. La escala horizontal de movimiento de estos vientos va desde algunos 

cientos a miles de kilómetros. El viento de escala macro (no perturbado por características de la 

superficie terrestre excepto por cadenas de montañas) se encuentra en altitudes superiores a los 1,000 metros.

Vientos de Escala Media (5 a 200 Km.) Las variaciones de la superficie terrestre con escala horizontal de 10 a 

100 Kilómetros tienen una influencia en el flujo de viento entre los 100 y 1,000 metros de altura sobre el terreno.

Obviamente, la topografía es importante y los vientos tienden a fluir por encima y alrededor de montañas y colinas. Cualquier otro obstáculo (ó rugosidad) sobre la superficie terrestre de gran tamaño desacelera el flujo de aire. 

Vientos de Escala Micro (hasta 10 Km.) En una escala micro, los vientos de superficie (entre 60 y 100 metros 

sobre el terreno), los cuales son los más interesantes para la aplicación directa de la conversión de la energía eólica, son influenciados por las condiciones locales de la superficie, como la rugosidad del terreno (vegetación, edificios) y obstáculos.

la velocidad del viento varía con la altura y dependefundamentalmente de la naturaleza del terreno sobre el cual se desplazan lasmasas de aire. La variación de velocidad puede representasemediante la siguiente expresión:

donde V1 < V2 representan las velocidades del viento a lasalturas h1 < h2, respectivamente. El exponente a caracterizaal terreno, pudiendo variar entre 0,08 (sobre superficieslisas como hielo, lagunas, etc.) y 0,40 (sobre terrenosmuy accidentados).

P = Potencia en Wρ = densidad del aire en Kg/m3

(aprox. 1,2 Kg/m3)A = Superficie en m2

V = Velocidad del viento en m/s  

P = 1/2ρAv3

Si la velocidad del viento se duplica, la potencia es ocho veces más grande. De 2 a 3 m/s develocidad de viento, la potencia del viento es más de tres veces. De 4 a 5 m/s de velocidad deviento, la potencia es el doble

Datos Meteorológicos Velocidad del viento Promedio Anual. Variaciones estacionales Variaciones diurnas Borrascas, vientos extremos. Para determinar las máximas velocidades de viento en las cuales cualquier equipo de conversión de energía eólica puede ser capaz de aguantar sin presentar daño. Períodos de Calma. Se requiere información sobre períodos largos de baja intensidad del viento para determinar las dimensiones de elementos como baterías o tanques de almacenamiento. Distribución de frecuencia de velocidades de viento.

Información empírica

Otros métodos‐ Método por anenómetros‐ Método de correlación

ESTIMACIONES DE LA ENERGÍA EÓLICA

El siguiente paso consiste en elegir un equipo eólico comercial para su evaluación, por ejemplo se escoge el equipo BERGEY Windpower Co BWC Excel, cuyas características se son:

Con la información de distribución de viento y de curva de potencia del aerogenerador se puede entonces estimar la producción de energía en el período de análisis.

El estimativo de energía producida por el equipo BWC EXCEL para el período de análisis de 4340 horas, se realiza multiplicando el nivel de potencia del generador y el número de horas de viento en cada intervalo,  la energía total producida es entonces la suma de la distribución de energía, lo cual resulta ser 21670.3 Kwhr para el período de 180 días. Este nivel de energía corresponde a una capacidad de generación diaria promedio de 120 Kwhr/día, permitiendo un suministro de energía eléctrica para 30 viviendas con un consumo básico de 4 Kwhr/día/vivienda

Los equipos eólicos se dividen en dos tipos: Los Sistemas de Conversión de energía 

eólica de eje Horizontal (SCEH) con dos subdivisiones como son los de baja velocidad (muchas aspas) o los de alta velocidad (pocas aspas)

Los Sistemas de Conversión de Eje Vertical (SCEV), con subdivisión similar a los de eje horizontal 

Componentes Rotor

Caja de Engranajes Torre Cimientos Controles Generador

Tipos Eje Horizontal El más común Controla el diseño de giro del rotor 

en el viento

Eje Vertical

Poco común

Esquema de Turbina Eólica de Eje Horizontal

Caja con Engranajes Y Generador

Diámetrodel

Rotor

Área Barrida por Las Aletas 

Conexiones EléctricasSubterráneas(Vista Frontal)

Cimientos(Vista Lateral)

Aleta delRotor

Altura del Eje

Torre

Eje Vertical

Eje Horizontal

ROTOR El rotor de una turbina eólica, es la parte 

esencial para la conversión de energía, el rotor convierte la energía cinética del aire en energía mecánica rotacional útil en un eje.

Este se compone de las aspas y el cubo (elemento de sujeción de las aspas y conexión del eje del equipo).

El sistema de transmisión es aquel sistema que convierte la energía rotacional suministrada por la turbina a través de su eje, en movimiento oscilante del vástago de la bomba para aerobombeo o alimentación del generador eléctrico en aerogeneración.

Recurso Eólico: PeruVS España

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Hora

Pote

ncia

MW

Potencia MW

En la madrugadaPermitirá ahorrarAgua.

Buena producción en horas punta

Buen complemento con las hidroeléctricas, es convenienteAhorrar el agua cuando la gente duerme.

Ene-09 Feb-09 Mar-09 Abr-09 May-09 Jun-09 Jul-09 Ago-09 Sep-09 Oct-09 Nov-09 Dic-09 TOTALCMg Est. 80% excedencia 67 73 151 113 110 233 261 219 212 192 176 55Tarifa Adjudicación 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100Energ. Eólica (400 MW) 96,709 40,877 42,041 85,581 132,784 143,971 135,552 146,698 143,145 123,441 101,117 103,006 1,294,920

Tipo de generación Ene-09 Feb-09 Mar-09 Abr-09 May-09 Jun-09 Jul-09 Ago-09 Sep-09 Oct-09 Nov-09 Dic-09Hidráulica 1,896,317 1,720,818 1,793,926 1,713,150 1,647,720 1,494,995 1,354,813 1,097,434 1,088,890 1,333,039 1,451,124 1,734,740Térmica 692,237 675,703 863,013 833,170 982,913 1,058,585 1,250,457 1,527,665 1,485,028 1,346,513 1,179,270 982,257Total (Mw) 2,588,554 2,396,522 2,656,939 2,546,320 2,630,633 2,553,579 2,605,269 2,625,099 2,573,918 2,679,552 2,630,394 2,716,996 31,203,775

Costo Var. Elevado (6% Tot Gener.) * 155,313 143,791 159,416 152,779 157,838 153,215 156,316 157,506 154,435 160,773 157,824 163,020 1,872,226

Costo Total Diesel 10,449,991 10,538,944 24,007,945 17,241,642 17,397,952 35,747,556 40,780,281 34,418,723 32,739,208 30,849,141 27,829,046 9,018,906 291,019,332

Costo Total Diesel y Eolica 13,613,979 11,630,643 21,880,737 16,141,646 16,040,016 16,553,881 18,972,206 17,031,557 16,707,903 19,507,384 20,110,815 13,620,782 201,811,551

Ahorro (Postivos) -3,163,988 -1,091,700 2,127,207 1,099,995 1,357,936 19,193,674 21,808,075 17,387,166 16,031,305 11,341,757 7,718,231 -4,601,877 89,207,781

* Centrales Diesel ,Centrales Turbo Vapores Residuales, R600 y Fallas

Estimaciòn de ahorro en dólares del Sistema Interconectado al ingresar la Energía Eólica

En esta tabla se aprecia que el resultado final, al reemplazar parte de la generación térmica diesel con400 MW de generación Eólica ( datos reales medidos de viento 2013 valorizado a $100 el MWh e incluirla comoparte del 6% que se gasta en combustibles caros), el resultado final con los datos proyectados del 2013 del

COES es un ahorroal sistema de 89 millones de dólares. Adicionalmente se han importado equipos de emergencia y eso lo paga el

Usuario.

Proyecciones del COES 2014