GRUPO DE ENERGÍA ALTERNATIVA

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA


 
 
 

Reseña

Aplicaciones

Desarrollo obtenido en el Laboratorio.

Evaluación de Plantas instaladas

Cálculo para una instalación Eólica.

Sistemas de almacenamiento de energía eólica
 
 

ENERGÍA EÓLICA

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RESEÑA:

El viento es una consecuencia de la radiación solar. El calentamiento desigual de la superficie de la tierra produce zonas de altas y bajas presiones, este desequilibrio provoca desplazamientos del aire que rodea la tierra dando lugar al viento. El viento es por lo tanto energía en movimiento y esta energía cinética es posible transformarla tanto en energía eléctrica como en energía mecánica, mediante los denominados aerogeneradores o molinos de viento.

Las primeras reseñas históricas de la utilización del viento como fuente de energía para la molienda y el ragadío dantan del siglo VII a.c. en Persia. Básicamente eran molinos de eje vertical, a finales de la edad media aparecen en Europa los primeros molinos de viento de eje horizontal, con el renacimiento y después en la época de la ilustración las máquinas eólicas alcanzan un grado de desarrollo muy notable, destacando los diseños holandeses y alemanes. El esquema básico de estas máquinas eólicas ha perdurado hasta nuestros tiempos.

En el siglo XIX el uso generalizado del acero en la industria, alcanza también la tecnología eólica, en Estados Unidos aparece el conocido molino multipala utilizado para bombear agua. A finales del siglo en Europa, el ingeniero danés Lacour, marca un nuevo hito en la historia de la energía eólica; diseñó y construyó el primer aerogenerador por encargo de su gobierno. El prototipo que suministró electricidad a una escuela, se convirtió en el primero de las 120 unidades que se construyeron hasta la primera guerra mundial, su potencia oscilaba entre 5 y 25KW.

En el siglo XX la tecnología eólica ha experimentado un desarrollo enorme, inicialmente impulsado por la incorporación de técnicas aerodinámicas, materiales compuestos y después gracias a los modernos procedimientos de cálculo y control que permite la electrónica.




APLICACIONES

El objetivo primordial para el aprovechamiento de fuentes de energía nuevas y renovables, se establece como contribución a mejorar el nivel de vida, aprovechando racionalmente los recursos naturales.

Aplicaciones de bombeo de agua; tanto el bombea de agua para aplicaciones de riego mediante turbinas de baja potencia, como el bombeo de agua a gran escala para alimentar estaciones hidroeléctricas, se adaptan perfectamente a la irregularidad en el suministro de energía que caracteriza a los sistemas eólicos. El sistema de pistón es el que se viene utilizando desde hace más tiempo, por ser el más adecuado en aeroturbinas de rotor lento.

Bombeo y compresión del aire; el bombeo de aire es otra posible forma de utilización de las turbinas eólicas de características parecidas al bombeo de agua. En este caso, la potencia mecánica se manifiesta en al impulsión del fluido o en su compresión. Esta variable permite ampliar el campo de las aplicaciones de la energía eólica y reune muy buenas características para su almacenamiento.

Producción de energía eléctrica; mediante aeroturbinas que se acoplan a un generador eléctrico, estas aeroturbinas que transforman la energía mecánica en eléctrica pueden ser dinamos que proporcionan corriente continua, o alternos. Estos últimos pueden ser a su vez de inducción o de excitación.




DESARROLLO OBTENIDO EN EL LABORATORIO

Para realizar instalaciones eólicas, se necesita hacer un estudio del recurso eólico de la región que se cree es rica en este recurso. Para este objetivo se cuenta con una estación meteorológica instalada y con proyección de instalar otras dos, para recoger datos del valle de San Nicolás para hacer el mapa eólico de esta región, dichos datos son recogidos periódicamente y procesados en el Laboratorio de Energía Alternativa por medio del programa ICARUS, diseñado por el ingeniero Jürgen Klungler para el calculo de la probabilidad como función de la velocidad del viento, además este programa calcula la energía eólica y solar disponibles.

ICARUS, esta diseñado en el idioma Basic, lee los datos archivados por el software de la estación y calcula la probabilidad de una velocidad en clases de 1m/s., y presenta los resultados en forma de tabla y gráficamente. En adición de la presentación de los datos reales, ICARUS también calcula los índices de la distribución híbrido de weibull para obtener unos parámetros definitivos sobre la distribución de la velocidad del viento.

En el proyecto ha tenido funcionando un aerogenerador comercial cerca de la estación meteorológica, lo cual permitió determinar que cuando el promedio de velocidad del viento era de 3m/s o mayor, el aerogenerador funciona y si a esto se le agrega que la velocidad mínima del viento para arranque de éste es de 5m/s., estas cifras nos llevan a concluir que a menor velocidad del viento para arranque, mayor energía eólica será aprovechada o convertida en electricidad.

Estas conclusiones nos dan la necesidad de diseñar y construir un prototipo de aerogenerador para estas regiones, con bajo par de arranque que requiere bajo peso de las aspas y bajo torque magnético inicial. El bajo peso de las aspas se trata de conseguir con aspas moldeadas a partir de tubería de PVC y el bajo torque magnético, alejando el rotor magnético del estator del generador durante el arranque.

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En el actual proyecto, se están diseñando tres aerogeneradores que cumplan con estas características y dos estudiantes de Ingeniería Mecánica están realizando el proyecto de grados con el diseño de un prototipo de aerogenerador portátil de 50W.




EVALUACIÓN DE PLANTAS INSTALADAS

El primer aerogenerador se instaló en diciembre de 1996, a los siete meses se noto vibración causada por falta de grasa, se cambiaron rodamientos funcionando perfectamente hasta el mes de agosto de 1999 donde se le hizo mantenimiento general y se le cambio cabezote y un aspa; esta en funcionamiento normal en Aldana Abajo municipio del Carmen de Viboral junto a la estación meteorológica.

El segundo Aerogenrador trabajó 11 meses en Aquitania, municipio de San Francisco y por causas de un ventarron se dañaron las aspas por falla en los tornillos de unión a la torre, para una mayor seguridad se dotará de unión con espiga en próximas instalaciones.

Los Aerogenradores instalados son importados 100%, tienen una capacidad máxima de 500W.,16V.C.D. El acumulador utilizado es batería Pb-ácido con muy buenos resultados y las lámparas flourescentes instaladas en un principio han sido cambiadas por lámparas halógenas.
 
 

Una planta eólica como las que se han instalado en el proyecto consta de:

Un aerogenerador (comercial) de 300-500W

Regulador carga-descarga

Banco de baterías de 12V., 300Ah

NOTA: La potencia instalada depende del sitio, varía entre 80W y 500W, en la actual instalación se puede hacer una instalación de 194W.

CÁLCULO PARA UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA

SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO DE LA ENERGÍA EÓLICA

El almacenamiento de la energía es la única solución para poder adaptar la irregularidad del suministro de las turbinas eólicas a la irregularidad de la demanda.

HIDROBOMBEO:

AIRE COMPRIMIDO: El almacenamiento de energía en forma de aire comprimido constituye una alternativa interesante. Consiste en acumular aire comprimido en depósitos o cavernas adaptadas previamente, para recuperarlo después a través de una turbina en forma de energía eléctrica.

ALMACENAMIENTO TÉRMICO: Acumula la energía en forma de calor sensible o latente.

BATERIAS: Se presentan buenas características para aplicaciones de baja potencia y con rendimientos del orden 80 por 100, la más utilizada es la de Pb-ácido.