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Cancún y Cozumel1,000‐2,000MW
Veracruz1,000‐1,500MW
Zacatecas800‐1,500MW
Mazatlán 1,000‐1,500MW
Itsmo de Tehuantepec17 proyectos:1,248MW
En construcción: 8 proyectos (1,251MW)
La Rumorosa4 proyectos258MW
San Luis PotosíEn construcción
200MW
Nuevo León En Construcción
274MW
0.67% en 2012
GENERACIÓN EÓLICA EN MÉXICO
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
Sólo el 2% de la radiación solar incidente sobre la Tierra se llega aconvertir en viento. El viento es causado por las diferencias depresiones y la Fuerza de Coriolisis que se ejercen sobre la Tierra.
¿QUÉ ES EL VIENTO?
Diferencia de Presiones Fuerza de Coriolisis
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
Macro escala: Vientos Globales o Terráqueos.
*Determinan las características del clima en el Planeta.
CLASIFICACIÓN DEL VIENTO
Vientos Globales
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
Meso escala: Vientos Locales y Estacionales.
*Locales: Brisas de la Costa‐Mar o Brisas Montaña‐ Valle.
*Estacionales: El monzón.
CLASIFICACIÓN DEL VIENTO
Brisas Montaña‐ValleBrisas Costa‐Mar
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
Micro escala: Vientos de la Superficie Terrestre.
Puede ser afectado por:
*Colinas
*Cerros
*Canales
*Edificios, etc.
CLASIFICACIÓN DEL VIENTO
Canal
Colina
Edificaciones
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
Velocidad
Dirección
Turbulencia
Frecuencia
PARÁMETROS A CONSIDERAR DEL VIENTO
Anemómetro de Cazoleta
Rosa de los Vientos
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
Velocidad
Dirección
Turbulencia
Frecuencia
PARÁMETROS A CONSIDERAR DEL VIENTO
Anemómetro de Cazoleta
Veleta
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
El potencial eólico del viento se obtiene:
12
Donde:
ρ densidad del aire
A superficie del viento barrida por las palas del aerogenerador.
ʋ velocidad del viento
EXTRACCIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO DEL VIENTO
Relación Potencia‐Velocidad
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
Las palas de un aerogenerador no captan el 100% de la energíacinética contenida en el viento, para hacerlo deberá frenartotalmente el viento, pero si se detuviera completamente seimpediría la entrada de más aire al rotor y no se podría captar másenergía.
Límite de Betz
TEORÍA DE BETZ
Teoría de Betz
0.59%
Coeficiente de Potencias
12
Relación de Potencias de Betz
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
Conocer la energía media disponible.
El factor de irregularidad.
La energía recuperable.
Estimar la probabilidad de una velocidad comprendida dentrode un intervalo de velocidades dado (V ≤ Va; V ≤ Vn; V ≥ Vp).
Donde A recibe el factor de escala, con dimensiones de lavelocidad y k es el llamado factor de forma, adimensional, quecaracteriza la simetría de la distribución.
LEY DE DISTRIBUCIÓN DE WEIBULL
σῦ
. ῦ
1 1
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
El elemento captador del viento.
Consiste en una hélice que convierte la energía cinética del aire enmovimiento en energía mecánica.
Pueden trabajar de manera aislada o agrupado.
AEROGENERADORES
Aerogeneradores
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
Los aerogeneradores se pueden clasificar por diferentes estilos,destacando entre ellos los siguientes:
Fuerza de Giro
Tamaño
Disposición o Forma
Números de palas
Resistencia al Viento
CLASIFICACIÓN
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
El aire que es obligado a fluir por las caras superior e inferior de unaplaca o perfil inclinado genera una diferencia de presiones entreambas caras, dando origen a una fuerza resultante que actúa sobre elperfil. Descomponiendo esta fuerza en dos direcciones se obtienenlas fuerzas de:
Arrastre
Sustentación
CLASIFICACIÓN: FUERZA DE GIRO
Fuerza de arrastre y de sustentación
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
Micro aerogenerador: ≤1kW
Mini aerogenerador: 1kW ~ 10kW
Aerogenerador de baja potencia: 10kW ~ 100kW
Aerogenerador de media potencia: 100kW ~ 1,000kW
Aerogenerador de alta potencia: 1,000kW ~ 10,000kW
Aerogenerador de muy alta potencia: >10,000kW
CLASIFICACIÓN: TAMAÑO
Embarcaciones, refugios, etc.
Viviendas aisladas, sistemas de bombeo, etc.
Comunidades, pequeñas empresas, sistemas eólico‐diesel.
Parques eólicos en tierra y mar.
Parques eólicos en tierra y mar.
Parques eólicos en el mar.
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
Eje horizontal
*Rotor en horizontal
*Puede estar en barlovento
o sotavento
Eje vertical
*Rotor en vertical
*No necesitan sistema de
orientación
*Presentan mayor fatiga y
elevado par de arranque
CLASIFICACIÓN: DISPOSICIÓN O FORMA
Barlovento Sotavento
SavoniusVertical
Horizontal DarrieusVerticalTesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
Monopala
*Problema de estabilidad y fatiga
*Ruido
Bipala
*Inestabilidad dinámica
*Equipos de compensación
Tripala
*Estabilidad dinámica
*Menor ruido
Multipala
*Baja velocidad
*Gran par
CLASIFICACIÓN: NÚMERO DE PALAS
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
Se distinguen tres clases en función de:
Velocidad de referencia
Intensidad de turbulencia.
CLASIFICACIÓN: POR RESISTENCIA AL VIENTO
Clase del Aerogenerador I II III S
Vref (m/s) 50 42.5 37.5
Valores a especificar
por el fabricante
Vave (m/s) 10 8.5 7.5
A 0.16
B 0.14
C 0.12
Clasificación Comunidad Electrónica Internacional
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
PARTES DEL AEROGENERADOR
Palas y Buje Rotor Eje principal Sistema de refrigeración
Sistema de medición eólica
MultiplicadoraSistema de posicionamiento
TorreGóndola Sistema de control
Generador y cople
Nariz
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
Curva característica de cada turbina
Representa el comportamiento energético característico de losdiferentes aerogeneradores.
CURVA DE POTENCIA
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
La producción de energía se calcula aplicando la curva de potenciade la máquina elegida.
Dada la curva de potencia del fabricante se obtiene la ecuación dela misma.
CURVA DE POTENCIA
⋯
; ; ⋯
;
Curva generalizada de potencia
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
El número total de horas que, con el aerogenerador a potencianominal, produciría la misma energía en las condiciones reales defuncionamiento.
í
Eficiencia del emplazamiento( )
HORAS EQUIVALENTES
∴ í
8,760 100
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
Más de 2,000 horas de producción a Pmáx.
Respetar la avifauna del entorno.
Lejanía de más de un kilómetro con núcleos urbanos.
Instalación en suelo no urbanizable.
No interferir con señales electromagnéticas del entorno.
REQUISITOS PARA UN EMPLAZAMIENTO EÓLICO
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
Ubicación geográfica
Se localiza en la zona central del Estado, dentro de las llanuras delSotavento
843km2 de extensión territorial y a 10msnm.
66km del Puerto de Veracruz.
Población de 48,178 habitantes.
Registra 3 “estaciones”: lluvia, nortes y primaveral.
Cuenta con estación EMA’s SMA.
ALVARADO
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
PROPUESTA DE INSTALACIÓN
Puente de Alvarado
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
EMA Alvarado
Se ubica sobre la carretera Veracruz‐Minatitlán.
Propiedad del Sistema Meteorológico Nacional.
Registra los siguientes datos.
ESTACIÓN METEOROLÓGICA AUTOMÁTICA
Dato Fecha Dir. Viento
Dir. Ráfaga
Vel. Viento
Vel. Ráfaga Temp. Humedad
Relativa Presión
Barométrica Precipitación Rad.Solar Estación
1 01/01/2012 00:00 52 0 0 23.8 91 1009.6 0 3 ALVARADO,
VER. (EHCA)
2 01/01/2012 00:10 49 0 0 23.6 92 1009.7 0 0 ALVARADO,
VER. (EHCA)
3 01/01/2012 00:20 51 0 0 23.6 92 1009.9 0 0 ALVARADO,
VER. (EHCA)
4 01/01/2012 00:30 59 0 0 23.5 93 1009.9 0 0 ALVARADO,
VER. (EHCA)
5 01/01/2012 00:40 61 0 0 23.4 93 1009.9 0 0 ALVARADO,
VER. (EHCA)
6 01/01/2012 00:50 54 0 0 23.4 93 1010.0 0 0 ALVARADO,
VER. (EHCA)
52,556 31/12/2012 19:10 357 1 2 6.2 28.6 68 1010.6 0 751 ALVARADO,
VER. (EHCA)
52,557 31/12/2012 19:20 0 1 0 0 28.6 67 1010.5 0 735 ALVARADO,
VER. (EHCA)
52,558 31/12/2012 23:30 3 356 16.7 22.3 25.3 83 1014.4 0 11 ALVARADO,
VER. (EHCA)
52,559 31/12/2012 23:40 0 352 18.7 25.2 25.2 83 1014.3 0 4 ALVARADO,
VER. (EHCA)
52,560 31/12/2012 23:50 7 15 18 24.6 25.2 83 1014.2 0 3 ALVARADO,
VER. (EHCA)
Formato de archivo meteorológico EMA en el año 2012
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
CARACTERIZACIÓN DE LA VELOCIDAD
MESRAPIDEZ DEL
VIENTO
RAPIDEZ DE LA
RÁFAGATEMPERATURA HUMEDAD
RELATIVA PRESIÓN
ENERO 0.84 2.68 25.20 85.00 1011.21
FEBRERO 2.40 3.33 24.21 85.00 1009.25
MARZO 11.50 15.85 26.70 80.00 1007.30
ABRIL 11.97 17.00 27.50 79.00 1004.75
MAYO 11.67 16.17 29.00 79.00 1007.50
JUNIO 8.75 12.72 29.20 80.00 1004.90
JULIO 7.49 11.66 28.70 82.00 1007.60
AGOSTO 7.59 11.23 29.62 81.80 1005.47
SEPTIEMBRE 7.87 12.10 30.40 83.40 1007.09
OCTUBRE 7.01 10.53 29.30 82.00 1007.10
NOVIEMBRE 5.75 8.80 27.00 80.00 1011.86
DICIEMBRE 7.03 9.92 26.40 83.00 1008.76
PROMEDIO ANUAL 7.49 m/s 11.00
m/s 27.70°C 81.68% 1007.73bar
Valores promedio anual obtenidos de la EMA
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
CARACTERIZACIÓN DE LA VELOCIDAD
Frecuencia de velocidades Rosa de los vientos de la velocidad
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
CARACTERIZACIÓN DE LA DIRECCIÓN
Rosa de los vientos de la frecuencia
Rosas de los vientos de turbulencia
Frecuencia de la dirección del viento
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
ANÁLISIS DE LAS TURBINAS
TURBINA FABRICANTE POTENCIA
TRIPALA Sonkyo Energy 3.5 kW
TRIPALA Sonkyo Energy 7.5 kW
TRIPALA Windforce 10 kW
DARRIEUS Techonoflex 5 kW
DARRIEUSUrban Green
Energy10 kW
BIPALA Windpower 3 kW
BIPALA Bornay 3 kWAerogeneradores seleccionados para el análisis
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AEROGENERADOR TRIPALA 3.5kW
POTENCIA 3.5 kW @ 250 rpm
DIÁMETRO DEL ROTOR 4.05 m
VELOCIDAD DE ARRANQUE 3 m/s
VELOCIDAD NOMINAL 12 m/s
LONGITUD 3.2 m
TIPO Rotor horizontal a barlovento
CONTROLADOR Op. Conexión a red y carga de baterías
TORRE12, 14 y 18 m; sistema
hidráulico o mecánico de abatimiento
RUIDO 37dB a 60m de distancia y viento 8m/s
Turbina Windspot 3.5kw Características de la turbina
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
AEROGENERADOR TRIPALA 3.5kW
Si 3 < X < 20W 0.002786 0.21908175 6.39242234
84.8124513 507.745659 1484.92461 1538.7048
Curva de potencia, turbina 3.5kW
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
AEROGENERADOR TRIPALA 3.5kW
Rosa de los vientos de potencia, turbina 3.5kWRosa de potencia de energía, turbina 3.5kW
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
RESULTADOS TRNSYS
Resultado de la simulación de las 7 turbinas en Trnsys
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar
RESULTADO DE LA SIMULACIÓN ANUAL
TURBINAENERGÍA HORAS EMISIONES
DE CO2EFICIENCIA
kWh Horas T %
TRIPALA 3.5 kW 5,973 1,706 3.99 19.48
TRIPALA 7.5 kW 13,230 1,764 8.84 20.14
TRIPALA 10 kW 24,256 2,425 16.20 27.69
DARRIEUS 5 kW 4,186 837 2.80 9.56
DARRIEUS 10 kW 4,407 440 2.94 5.03
BIPALA BORNAY 3 kW 5,511 1,837 3.70 21.00
BIPALA WHISPER 3 kW 5,006 1,668 3.34 19.05
Resultados de la simulación
2,000 horas
20‐30%
Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar