Date post: | 12-Jul-2015 |
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DESCRIPCIN GENERAL Y COMPONENTES DEL SISTEMA ELICO
SESION 4 JEAN CARLOS SANDOVAL SEMINARIO DE INVESTIGACIN EN ENERGA ELICA
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CONTENIDO1. DEFINICION DE SISTEMA EOLICO 2. PARTES GENERALES DE UN AEROGENERADOR 2.1 Rotor 2.11 Paso fijo contra paso variable 2.12 Velocidad fija contra velocidad variable 2.2 Torre 2.21 Caractersticas 2.3 Cimentacin 2.4 Gndola 2.41 Eje principal 2.42 Caja multiplicadora 2.43 Eje pequeo 2.44 Freno mecnico 2.45 Generador 2.46 Controlador
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CONTENIDO2.47 Anemmetro 2.48 Veleta 2.49 Mecanismo o subsistema de orientacin 2.491 Sistema activo 2.492 SISTEMA ACTIVO 2.48 RADIADOR 3. COMO FUNCIONA UN AEROGENERADOR? 4. SUBSISTEMAS DEL SISTEMA EOLICO
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CONTENIDO1. DEFINICION DE SISTEMA EOLICO 2. PARTES GENERALES DE UN AEROGENERADOR 2.1 Rotor 2.11 Paso fijo contra paso variable 2.12 Velocidad fija contra velocidad variable 2.2 Torre 2.21 Caractersticas 2.3 Cimentacin 2.4 Gndola 2.41 Eje principal 2.42 Caja multiplicadora 2.43 Eje pequeo 2.44 Freno mecnico 2.45 Generador 2.46 Controlador
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1. SISTEMA EOLICOCONECTADO A LA RED
Un sistema elico es un sistema mecnico constituido por un conjunto de elementos agrupados en subsistemas, que es capaz de tomar la energa cintica del viento y transformarla en otro tipo de energa para ser usada directamente o almacenada para su empleo posterior.
AISLADO DE LA RED
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1. SISTEMA EOLICOUn sistema elico es un conjunto de mquinas elicas (Parque elico) accionadas por el viento que son capaces de suministrar electricidad a gran escala o a viviendas, granjas o pequeos ncleos rurales.
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CONTENIDO1. DEFINICION DE SISTEMA EOLICO 2. PARTES GENERALES DE UN AEROGENERADOR 2.1 Rotor 2.11 Paso fijo contra paso variable 2.12 Velocidad fija contra velocidad variable 2.2 Torre 2.21 Caractersticas 2.3 Cimentacin 2.4 Gndola 2.41 Eje principal 2.42 Caja multiplicadora 2.43 Eje pequeo 2.44 Freno mecnico 2.45 Generador 2.46 Controlador
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2. PARTES GENERALES
4.Gndola
1.Rotor
3.Cimentacin
2.Torre
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2.1 ROTOR O SUBSITEMA DE CAPTACIONConjunto formado por las palas y el cubo que las une. Sirve para transformar la energa cintica del viento en energa mecnica. Cuanto mayor sea el rea barrida del rotor mayor ser la produccin. Los rotores pueden ser de paso variable (que permiten girar sobre s mismas a las palas) o de paso fijo (en el que no pueden girar). Tambin puede ser de velocidad variable (cuando la velocidad de giro del rotor es variable) o constante.Palas
Cubo
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2.11 PASO FIJO Vs PASO VARIABLEPASO FIJO Angulo de inclinacin de la pala constante de cara al viento. Simplicidad del equipo y bajo costo. Se utilizan en sistemas de baja potencia A velocidades de viento altas no aprovechan ptimamente las propiedades aerodinmicas de las palas y se presentan esfuerzos mecnicos altos. Tiene problemas de par de arranque del rotor. Diseos sobredimensionados comparados con los de paso variable. PASO VARIABLE Se justifica su implementacin en sistemas de alta potencia. Mayor complejidad y costo del equipo Se optimiza el aprovechamiento de la energa del viento en todo el rango de velocidades . Cargas mecnicas sobre las palas y el resto del aerogenerador son menores. Se resuelve en forma aerodinmica el frenado de la turbina en caso de embalamientos. Se consigue un optimo par de arranque.
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2.12 VELOCIDAD CONSTANTE Vs VELOCIDAD VARIABLEVELOCIDAD CONSTANTE VELOCIDAD VARIABLE
Se generan sobrecargas mecnicas debido a las rfagas de viento. La potencia de salida no tiene Las fluctuaciones de potencia del viento se fluctuaciones traducen en fluctuaciones de potencia elctrica generada, es decir la inestabilidad Las rfagas de viento no implican del viento supone un problema para la sobrecargas mecnicas maquinaria del aerogenerador y para la red elctrica de distribucin. El inconveniente es el aumento del precio La mayora de los aerogeneradores de debido a que se necesita un control gran potencia que operan en parques elicos electrnico mas sofisticado. son de velocidad constante.
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TORRES
Tubulares
Celosa
Mstil tensada por cables
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2.21 CARACTERISTICAS DE TIPOS DE TORRESTORRES TUBULARES Son tronco cnicas para aumentar resistencia y ahorrar material Son las mas usadas en cuanto a aerogeneradores de gran potencia Pueden ser de acero o hormign, presentando esta ultima la ventaja de ahorro de transporte
TORRES DE CELOSIA Fabricadas utilizando perfiles de acero soldados Su ventaja principal respecto a las tubulares es su costo Su desventaja respecto a las tubulares es la incomodidad y seguridad para los trabajadores.
TORRES DE MSTIL
Construidas con delgadas torres de mstil sostenidas por cables tensores. La ventaja es el ahorro de peso y, por lo tanto, de costo. La principal desventajas es el difcil acceso a las zonas alrededor de la torre. Su uso se limita a pequeos aerogeneradores
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2.21 ENERCON E-112 Datos TcnicosPotencia Dimetro Rotor Altura Cubo Torre ( Hormign) 6 Mw 114 m 124 m Dimetro Base Dimetro Superior Longitud Pala Produccin anual 52 m 16 Gw-h (4750 hogares ) 12 m 4m
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2.3 CIMENTACIONAEROGENERADOR - ENERCON POTENCIA NOMINAL 1,5 Mw
ALTURA DEL BUJEDIAMETRO-ROTOR PESO TOTAL
50 m30 m 55-62 Toneladas
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2.4 GONDOLA7.Anemmetro
8.Veleta2.Caja Multiplicadora3.Eje pequeo6.Controlador
1.Eje Principal
10.Radiador
5.Generador 4.Freno Mecnico
9.Mecanismo de Orientacin
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2.41 EJE PRINCIPAL
Es el eje de baja velocidad del aerogenerador. Conecta el buje del rotor al multiplicador. En un aerogenerador moderno de 600 Kw el rotor gira bastante lento, de unas 19 a 30 revoluciones por minuto (r.p.m.)
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2.42 MULTIPLICADORA O SUBSISTEMA DE TRANSMISIONEncargada de elevar la velocidad de giro del sistema mediante un conjunto de engranajes desde la velocidad de la turbina (20-30 rpm) a la velocidad del generador (1000-1500 rpm).
Las de engranajes helicoidales de tres etapas son muy usadas.N = 1500/30 = 50
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ietapa 5
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2.43 EJE PEQUEO Es el eje que conecta el multiplicador y el generador . Gira aproximadamente a 1,500 revoluciones por minuto (r.p.m.), lo que permite el funcionamiento del generador elctrico. Soporta cargas pequeas comparadas con las que soporta el eje principal, razn por la cual es de menor dimetro que el eje principal.
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2.44 FRENO MECANICO El freno mecnico se sita en el eje pequeo, el rpido, entre la multiplicadora y el generador. Slo se utiliza como freno de emergencia, en caso de que el freno en punta de pala falle. Tambin se utiliza cuando el aerogenerador est siendo reparado, para eliminar cualquier riesgo de que la turbina se ponga en marcha de repente.
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2.45 GENERADORTransforma la energa mecnica en energa elctrica tal y como lo hace el dinamo en una bicicleta, aunque generando normalmente corriente alterna. Este puede ser sncrono o asncrono. El sncrono suministra energa de mayor calidad pero es ms caro y complejo. El asncrono es el ms extendido en uso entre los dos.
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2.46 CONTROLADORControla continuamente las condiciones de funcionamiento del aerogenerador mediante el anlisis de seales captadas por mltiples sensores que miden temperaturas, presiones, velocidad y direccin del viento.VELOCIDAD VIENTO ORIENTACION DE LA GONDOLA DIRECCION DEL VIENTO ACTIVACION SISTEMAS HIDRAULICOS
TEMPERATURA
PRESION VELOCIDAD VENTILACION VOLTAJE
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2.47 ANEMOMETRO Mide la velocidad del viento. Enva seales continuamente al controlador electrnico conectando el aerogenerador cuando el viento alcance la velocidad de arranque. Si la velocidad es superior a la de corte, el ordenador parar el aerogenerador para evitar los desperfectos. Los ms usados son los anemmetros de cazoletas. En estos el giro de las cazoletas es proporcional a la velocidad del viento.
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2.48 VELETA
Mide la direccin del viento. Esta se posiciona a si misma de acuerdo a la direccin del viento. Enva seales al controlador electrnico mediante un sensor que esta al pie de esta de forma que hace girar el aerogenerador en contra del viento utilizando el mecanismo de orientacin.
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2.49 MECANISMO O SUBSISTEMA DE ORIENTACIONLa misin del subsistema de orientacin es hacer que la turbina elica se mantenga siempre con su plano perpendicular a la direccin del viento.SISTEMA ACTIVO (ELECTRICOS Y ELECTRONICOS ) SISTEMA PASIVO (MECANICO)
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2.491 SISTEMA PASIVOConocido como VELETA DE COLA y es usado en pequeos aerogeneradores
Una fuerza lateral resultante sobre la veleta acta sobre el brazo que hace girar la mquina sobre el eje de orientacin para colocarla de frente al viento. Como regla simple se puede asumir que la longitud del brazo (m) debe ser igual a la longitud de la pala del rotor y el rea de la veleta no debe ser menor que 3% del rea de barrido del rotor.
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2.492 SISTEMA ACTIVO
MOTOR DE ORINTACION + CORONA DE ORIENTACIONSobre esta gran corona dentada de orientacin El motor de orientacin forma parte encajan los motores de orientacin del mecanismo de orientacin
El controlador le indica al motor de orientacin cuando debe girar la gndola.
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2.50 RADIADORLos generadores necesitan refrigeracin durante su funcionamiento. La refrigeracin puede ser con aire o con agua. En la mayora de turbinas la refrigeracin se lleva a cabo mediante encapsulamiento del generador en un conducto, utilizando un gran ventilador para la refrigeracin por aire. La refrigeracin con agua requiere de un ,radiador en la gndola para eliminar el calor del sistema de refrigeracin por lquido.
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CONTENIDO2.47 Anemmetro 2.48 Veleta 2.49 Mecanismo o subsistema de orientacin 2.491 Sistema activo 2.492 SISTEMA ACTIVO 2.48 RADIADOR 3. COMO FUNCIONA UN AEROGENERADOR? 4. SUBSISTEMAS DEL SISTEMA EOLICO
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3. FUNCIONAMIENTO DE UN AEROGENERADOR
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CONTENIDO2.47 Anemmetro 2.48 Veleta 2.49 Mecanismo o subsistema de orientacin 2.491 Sistema activo 2.492 SISTEMA ACTIVO 2.48 RADIADOR 3. COMO FUNCIONA UN AEROGENERADOR? 4. SUBSISTEMAS DEL SISTEMA EOLICO
33LO COMPONE EL ROTOR , QUE A SU VEZ SE COMPONE DE LAS PALAS Y EL CUBO
Subsistema de Captacin Subsistema de Orientacin Subsistema de Regulacin y Control Subsistema de Transmisin Subsistema de Aprovechamiento Subsistema de Sustentacin
MOTORES DE ORIENTACION Y CORONA.VELETA EN AEROGENERADORES PEQUEOSLO CONFORMA LOS SISTEMAS DE FRENADO. TAMBIN EL CONTROLADOR Y SENSORES DE PRESIN ,TEMPERATURA, VELOCIDAD, ETC..
SISTEMA EOLICO
LO CONFORMA LA CAJA MULTIPLICADORA
LO CONFORMA EL GENERADOR ELCTRICO O UNA MAQUINA MECNICA (BOMBA..)ACCIONADA POR EL AEROGENERADOR.
LO CONFORMA LA TORRE CONJUNTAEMENTE CON LA GNDOLA.
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GRACIAS!
?
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SUSTENTACION
El aire que se desliza a lo largo de la superficie superior de la pala se mueve ms rpidamente que el de la superficie inferior. Esto implica una presin ms baja en la superficie superior, lo que crea la sustentacin, es decir, la fuerza de empuje hacia arriba que permite rotor girar
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Fuerza de sustentacin es la resultante de las fuerzas que actan normal al flujo de entrada
Fuerza de arrastre es la resultante de las fuerzas que actan paralelas al flujo de entrada
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FRENO DE PUNTA DE PALAConstituye un sistema de freno aerodinmico. Su funcionamiento se basa en hacer girar la punta de la pala 90 con respecto a su eje longitudinal.
Frena la turbina de forma suave, sin ningn esfuerzo Es una proteccin contra el embalamiento.
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SUBSISTEMA DE REGULACION Y CONTROLPermite regular la velocidad del aerogenerador Es necesario debido a la variabilidad de la intensidad del viento y a la carga aplicad a la maquina elica. Se pueden presentar embalamientos por :o Exceso de viento bajo constante o Por descensos en la carga carga
Se puede presentar velocidad por:
perdida
de
o Falta de viento a carga plena oAumento repentino en la carga