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Proyecto eólico DASH

¿Qué es la energía eólica?

Es una fuente de energía renovable que se genera por la fuerza del viento y gracias a los aerogeneradores instalados en los diferentes parques eólicos. Esta utiliza la fuerza del viento para transformarla en energía mecánica gracias al movimiento que provoca en las palas del molino. Después esta energía mecánica se convierte en energía eléctrica gracias a un generador que funciona con una turbina de imanes para crear el voltaje eléctrico. El proceso de extracción se realiza principalmente gracias al rotor que transforma la energía cinética en energía mecánica, y al generador, que transforma dicha energía mecánica en eléctrica. Al hablar de energía, decimos que es una energía renovable (limpia), eficiente, madura y segura clave para la transición energética y la des carbonización de la economía.

El aprovechamiento de la energía cinética del viento y convertirla en energía eléctrica, es necesario el uso de aerogeneradores que suelen tener entre 80 y 120 metros de altura depende de la fuerza del viento. Por ello los parques eólicos, que agrupan un gran número de aerogeneradores y hacen posible la obtención de esta energía en grandes cantidades deben emplearse en lugares donde la presencia del viento sea predominante.

Nuestro proyecto es en el prototipo en una versión escala de un aerogenerador además de un circuito de como la energía llega hasta nuestros hogares. Nos formulamos la pregunta del cómo este convierte la energía del viento se convierte en energía eléctrica que va a dar a una estación transformadora y posterior a las ciudades y a nuestros hogares, que hace que todo nuestro entorno pueda funcionar de manera normal gracias a la electricidad.

Para aplicaciones con turbinas eólicas es más útil expresar el flujo de potencia eólica disponible por área, Ya que así se puede calcular la potencia que se puede aprovechar con las aspas. Esta potencia se calcula multiplicando la densidad de energía por el volumen de viento que atraviesa una sección de área A por unidad de tiempo [m3/s]. La fórmula para este flujo de potencia seria entonces.

P=1/2 p.v2.v.A =1/2A. p.v^3 esto expresado en [W] flujo del viento

Simplificado Pd= ½ .p.A.v^

De esta última expresión vemos que la potencia, y por lo tanto la energía, que puede producir un aerogenerador depende críticamente de la velocidad del viento. Vemos que la potencia depende también de la densidad del aire, lo que es más intuitivo ya que cuando el aire es “más pesado” posee más energía cinética. A presión atmosférica normal y a 15°c el aire tiene una densidad de alrededor de 1.225 [kg/ m3] que varía ligeramente con la humedad.

Ahora bien el cumplimiento de la ecuación de conservación de la masa hace que no toda esa potencia disponible en el aire pueda aprovecharse además de las perdidas mecánicas en la transmisión y la eficiencia eléctrica del generador. Estos factores se tendrán en cuenta aparte.

Se define el coeficiente de potencia de un aerogenerador como la fracción de potencia contenida en el viento incidente que es realmente capturada por el aerogenerador. Es una medida de la eficiencia de la máquina.

Pd= ½. p.A, v3.Cp

 Pd: potencia disponible  P: densidad del viento  A: Área expuesta al viento incidente

 v: velocidad del viento incidente

El valor de coeficiente de potencia nunca puede alcanzar al 100% respecto a la potencia incidente.

Para analizar esto veamos cual es la potencia generada por una corriente uniforme de viento que atraviesa un área = A, a una velocidad = V.

La sección A se encuentra fija. Sea la sección A’ de igual área que la sección A, que se mueve a velocidad v1 hasta coincidir con la sección A. Eso ocurrirá pasado un instante ∆T desde la posición inicial en que se encontraba. La longitud L recorrida será:

L=v1 ⋅ ∆T.

La masa de aire contenida en el cilindro será M=ρ ⋅ v1 ⋅ ∆T ⋅ A , y la energía Cinética asociada a la misma:

Ec=1/2 ⋅ M ⋅ v12=1/2 ⋅ ρ ⋅ v1 ⋅ ∆T ⋅ A ⋅ v1^

Y la potencia, Pd=1/2 ⋅ ρ ⋅ ⋅ A ⋅ v1^

El fenómeno físico que se produce en esta situación es el siguiente. Sea A. El Área del rotor colocada perpendicularmente al flujo de viento. El aire se desplazará por el interior del tubo de corriente y cederá parte de la energía. El flujo es subsónico (que es inferior a la velocidad del sonido), por lo que la presencia del rotor perturbará el flujo arriba, lo que hace que la sección A1 , situada arriba, tenga un área inferior al área del rotor, y a su vez, inferior al área A2 situada abajo del rotor. Además, al ser la Densidad constante y el flujo estacionario (conservación del gasto másico), se Conservará el caudal, y por tanto, la relación de velocidades conforme se avanza a lo largo del tubo de corriente será v1>v>v2.

La presión evoluciona desde el valor de la presión ambiente P1 hasta un valor superior en la cara anterior del rotor. En este, se produce una caída de presión y a partir de él, la presión vuelve a aumentar hasta alcanzar de nuevo la presión ambiente, P.

Ecuaciones

Las ecuaciones que vamos a aplicar para explicar el trayecto del viento en el conducto del aerogenerador son las siguientes:

Ecuación de continuidad

A1 ⋅ v1 = A2 ⋅ v

Gasto másico

G =ρ ⋅ A ⋅ v

Fuerza sobre el rotor

F = G ⋅ ∆v = ρ ⋅ A ⋅ v ⋅ (v1-v2)

Ecuación de Bernoulli

 1.- Entre A1 y la sección anterior del disco

La energía eólica se convertido en una fuente de generación de electricidad clave para el cambio del modelo energético, más sostenible. Al hablar de energía eólica nos referimos a una energía limpia e ilimitada, económica, de bajo impacto medioambiental y responsable de puestos de trabajo cualificados y verdes, en consonancia con los nuevos tiempos ya que ofrece numerosos beneficios tanto para las compañías que apuestan por ella como la sociedad al ayudar a minimizar el impacto del cambio climático;

Limpia, al no requerir ningún proceso de combustión se trata de una energía con bajas emisiones de gases

Inagotable, el viento es ilimitado

Barata, el costo por kW producido como su mantenimiento es bastante bajo

Bajo impacto, los parques eólicos se instalan tras un riguroso proceso de estudio y planificación, se evita el efecto negativo

Genera empleos a 1,2 millones de personas