Tema: Cálculos sobre energía eólica para instalaciones aisladas (Hibridos)

Estimados miembros del foro:

Estoy armando un apunte sobre energía eólica, y necesitaría saber si las fórmulas que estoy utilizando (sacadas de varias bibliografías) están en lo correcto.

Es para suministro de energía a pequeña escala, y como complemento de sistemas fotovoltaicos aislados.

Utilizo los siguientes coeficientes de rugosidad:
Tipo de terreno zo en m µ
Liso (mar, arena, nieve) 0.001-0.02 0.10-0.13
Moderadamente rugoso (hierba corta, campos de trigo u otros cereales, regiones rurales) 0.02-0.3 0.13-0.20
Rugosos (bosques, barrios) 0.3-2 0.20-0.27
Muy Rugoso (ciudades, altos edificios) 2-10 0.27-0.40 0

µ elegido = 0,15

Variación de velocidad del viento con la altura
Vm (Medición a 10 m) 4,17 m/s
Hm (Altura medición) 10 m
Vr (Velocidad a altura torre) = Vm * (Ht/Hm)µ 4,55 m/s
Ht (Altura de torre) 18 m

Cálculo:
Vm 15 Km/h
Vm 4,17 m/s
D 1,21 m
Va 3,5 m/s
Vc 22 m/s
Pn 1000 Wh
Pr = 0,5 x π x (0,5 x D)^2 x Vr^3 x Lb
Pr 21,48 Wh

D = Diámetro del rotor [m]
Va = Velocidad de arranque [m/s]
Vc = Velocidad de corte [m/s]
Pn = Potencia nominal
Pr = Potencia en el rotor [Wh]
Da = Densidad del aire [1,255 Kg/m3]
Vm = Velocidad media del aire en la zona [m/s]
KM/h a m/s = [Km/h] / 3,6
Lb = Límite de Betz (0,20 a 0,59) Cálculo con 0,4
Ht = Altura torre
Hm = Altura medición

Potencia diaria [W día]
Pr ['Wh'] x 24 [h/día]
515,61 [Wh / día]

El punto ahora es en qué relación lo considero con el suministro por fotovoltaico. ¿Debo reducir un poco uno en relación al otro?, ¿debo considerar que ambos cubran la demanda dando por perdido el excedente?

¿Que pasa con la potencia nominal del generador según el fabricante?, ¿la debo considerar o valerme de mis cálculos?

Cualquier bibliografía, cálculo y apunte sobre dimensionamiento de pequeños sistemas aislados será de gran ayuda.

Saluda muy atte,

Tec. Pablo Maril

Iniciado por pmaril

Estoy armando un apunte sobre energía eólica, y necesitaría saber si las fórmulas que estoy utilizando (sacadas de varias bibliografías) están en lo correcto.

Iniciado por pmaril

Es para suministro de energía a pequeña escala, y como complemento de sistemas fotovoltaicos aislados.

Utilizo los siguientes coeficientes de rugosidad:
Tipo de terreno zo en m µ
Liso (mar, arena, nieve) 0.001-0.02 0.10-0.13
Moderadamente rugoso (hierba corta, campos de trigo u otros cereales, regiones rurales) 0.02-0.3 0.13-0.20
Rugosos (bosques, barrios) 0.3-2 0.20-0.27
Muy Rugoso (ciudades, altos edificios) 2-10 0.27-0.40 0

µ elegido = 0,15

Variación de velocidad del viento con la altura
Vm (Medición a 10 m) 4,17 m/s
Hm (Altura medición) 10 m
Vr (Velocidad a altura torre) = Vm * (Ht/Hm)µ 4,55 m/s
Ht (Altura de torre) 18 m

Cálculo:
Vm 15 Km/h
Vm 4,17 m/s
D 1,21 m
Va 3,5 m/s
Vc 22 m/s
Pn 1000 Wh
Pr = 0,5 x π x (0,5 x D)^2 x Vr^3 x Lb
Pr 21,48 Wh

D = Diámetro del rotor [m]
Va = Velocidad de arranque [m/s]
Vc = Velocidad de corte [m/s]
Pn = Potencia nominal
Pr = Potencia en el rotor [Wh]
Da = Densidad del aire [1,255 Kg/m3]
Vm = Velocidad media del aire en la zona [m/s]
KM/h a m/s = [Km/h] / 3,6
Lb = Límite de Betz (0,20 a 0,59) Cálculo con 0,4
Ht = Altura torre
Hm = Altura medición

Potencia diaria [W día]
Pr ['Wh'] x 24 [h/día]
515,61 [Wh / día]

Con relación a los cálculos, creo que debes emplear la curva de potencia de un aerogenerador comercial, los cálculos que propones pueden llevar a un error alto ya que el coeficiente de potencia Lb, no es constante para todas las velocidades, además dependiendo del viento que tengas en una zona, unas velocidades serán más frecuentes que otras y el aprovechamiento de cada velocidad va a depender del aerogenerador (de su curva de potencia), en unos casos se puede aproximar a tu estimación y en otros alejarse bastante.

Con los datos que hay (mapas IDAE, CENER, estaciones meteorológicas) se puede hacer estudio del recurso más aproximado y calcular la producción para un determinado aerogenerador es lo más "sencillo".

El punto ahora es en qué relación lo considero con el suministro por fotovoltaico. ¿Debo reducir un poco uno en relación al otro?, ¿debo considerar que ambos cubran la demanda dando por perdido el excedente?
Dependiendo de los precios cada tipo de energía y las curvas de generación y demanda debes optimizar la relación eólica-fotovoltaica para minimizar el coste final. Excedentes vas a tener, no sé de que forma los puedes aprovechar, si tuvieras la posibilidad de inyectarlo en la red sería perfecto.

¿Que pasa con la potencia nominal del generador según el fabricante?, ¿la debo considerar o valerme de mis cálculos?

Lo que he comentado antes.

Cualquier bibliografía, cálculo y apunte sobre dimensionamiento de pequeños sistemas aislados será de gran ayuda.
Por lo poco que sé, no hay mucho, se echa de menos un pliego de condiciones técnicas como los del IDAE para solar, y un marco regulatorio específico (hablo de España).

Saluda muy atte,

saludos,
Tec. Pablo Maril

Estimado wenner:

Muchísimas gracias por tu aporte. Con respecto a la curva, el problema está ahí precisamente.

El generador que estoy tomando como referencia solo me muestra en su folleto esta curva:
FIASA - bragado 1 Curva.jpg - 4shared.com - photo sharing - download image

Podreis ver mas sobre el equipo aquí:
4shared - Archivos varios - shared folder - free file sharing and storage

Y también querría incluir la posibilidad de hacer un cálculo estimativo del recurso y las potencias para equipos construidos caseros.

Entiendo que es bastante complejo, pero alguna manera debe haber, ya que de otra forma, ninguna persona que esté con ganas de instalar su propio generador va a poder dar sustento a su instalación (me refiero a bases de cálculo).

Muchísimas gracias por tus aclaraciones.

Desde Argentina, los saluda muy cordialmente.

Tec. Pablo Maril
http://instalaciones.pablomaril.com.ar

Iniciado por pmaril

Con respecto a la curva, el problema está ahí precisamente.

Pues sí que es algo confusa la curva, pero no parece demasiado bueno, por ejemplo:
V = 5,56 m/s (20 km/h)
A = pi x (1,205/2)² = 1,14 m²
Pteórica = 1/2 x 1,225 x 5,56³ x 1,14 = 120 W
Paero = 2 A x 12 V = 24 W
r = 24/120 x 100 = 20% (máximo teórico 56%).

Gracias Wenner por tu ayuda, ¿puedo hacerte unas consultas sobre tus fórmulas?

V = 5,56 m/s (20 km/h)

Esta es la velocidad del viento, ¿correcto?, unos 20 Km/h.

A = pi x (1,205/2)² = 1,14 m²

Esta es el area del rotor/palas

Pteórica = 1/2 x 1,225 x 5,56³ x 1,14 = 120 W

Esto es la potencia teórica total del mismo, ¿correcto?, sin tomar en cuenta el límite de Betz ni nada, la potencia en crudo del area del rotor por la velocidad del viento, ¿cierto?

Paero = 2 A x 12 V = 24 W

Acá me perdí, ¿está en referencia a la corriente que entrega en relación a una tensión de 12 V?, ¿y si fuera un generador trifásico de alterna?. En este punto tengo muchas dudas. Quisiera saber como se considera un generador, por ejemplo, que alguien armó con motores paso a paso de gran tamaño, o pequeños también. Ya que entregan corriente alterna a tensión variable.

r = 24/120 x 100 = 20% (máximo teórico 56%).

Aquí entiendo que es el rendimiento del equipo, ¿cierto?.

Si, no es un gran equipo.

¿Cómo puedo imitar la curva?, ¿haciendo mediciones a ciertas RPM?, ¿en banco de viento (que es mas complicado de hacer)?.

Mil gracias,

Iniciado por pmaril

Esta es la velocidad del viento, ¿correcto? Sí, sólo he puesto una velocidad como ejemplo, unos 20 Km/h.

Esto es la potencia teórica total del mismo, ¿correcto?, sin tomar en cuenta el límite de Betz ni nada, la potencia en crudo del area del rotor por la velocidad del viento, ¿cierto?
Sí

Acá me perdí, ¿está en referencia a la corriente que entrega en relación a una tensión de 12 V?, 2A es la intensidad de salida y 12 V la tensión ¿y si fuera un generador trifásico de alterna?. 3^(1/2) x I x U, el fabricante suele dar la potencia de salida En este punto tengo muchas dudas. Quisiera saber como se considera un generador, por ejemplo, que alguien armó con motores paso a paso de gran tamaño, o pequeños también. Ya que entregan corriente alterna a tensión variable.

Aquí entiendo que es el rendimiento del equipo, ¿cierto?.
Para esa velocidad, para otra será diferente o similar.

Wenner:

Muchísimas gracias por tu ayuda.

Voy a ver entonces cómo armo el apunte con tus sugerencias. Espero llegar a algo que sea práctico y claro al mismo tiempo, ya que sin curvas (en el caso de equipos caseros) es muy difícil hacer un cálculo.

Una vez más, muchas gracias. Si llegara a aparecer algún dato mas, le agradecería que me lo comentara.

Saludos,

Pablo Maril

Retomo el tema, ¿hay alguna otra forma de obtener un cálculo simple y efectivo para explicar a los alumnos de cómo dimensionar un eólico en relación a un fotovoltaico?

gracias,