MARCO TEORICO
INTRODUCCION
La energía eólica es la energía que posee el viento y que puede ser aprovechada de una manera directa, o de no ser así puede ser transformada a otros tipos de energía, un claro ejemplo de ello es la energía eléctrica entre otras.
En la actualidad puede transformarse la energía eólica a electricidad con gran eficiencia, gracias a aerogeneradores de grandes dimensiones, también denominados como turbinas de viento.
Un aerogenerador está formado por un conjunto de aspas (normalmente tres) conectadas a un rotor que, mediante un sistema de engranajes, está conectado a un generador eléctrico. Toda esta maquinaria (turbina de viento) se coloca a la cima de un mástil o torre donde hay más influencia del viento.
La longitud de las aspas definirá el diámetro del área de barrido de las mismas y, cuanto mayor sea esta área, mayor será la potencia que puede generar un aerogenerador.
El aprovechamiento por el hombre de las fuentes de energía renovable, entre ellas las energías solar, eólica e hidráulica, se ha convertido a lo largo del tiempo en algo no tan viable, debido al incremento del costo tanto de los combustibles fósiles y los problemas que tenemos respecto al medioambiente, gracias a la explotación de estos, estamos asistiendo a un nuevo auge en cuanto las energías renovables.
Las energías renovables son inagotables, limpias, (ya que se pueden aprovechar en el mismo lugar en que se producen). Además tienen la ventaja adicional de complementarse entre sí, favoreciendo la integración entre ellas. Por ejemplo, la energía solar fotovoltaica suministra electricidad los días despejados (por lo general con poco viento, debido al dominio del anticiclón), mientras que en los días fríos y ventosos, frecuentemente nublados, son los aerogeneradores los que pueden producir mayor energía eléctrica.
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.
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.
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.
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.
CONCLUSIONES
Las turbinas eólicas han experimentado durante los últimos 20 años un desarrollo significativo. Se han mejorado los rendimientos, ha aumentado la confiabilidad y se han reducido los costos. El único punto sobre el que quedan algunas dudas es la durabilidad. Si bien en los cálculos se acostumbra tomar 20 años de vida útil, por el momento, ninguna de las máquinas actualmente en operación ha alcanzado ese tope. La industria es aún demasiado joven y debe esperar unos 10 años más para demostrar con los hechos que esa meta es alcanzable; las tecnologías y materiales empleados dan un margen de confianza razonable. Tanto en el campo de las pequeñas potencias como en el de los sistemas conectados a las grandes redes de distribución, la energía eólica puede competir, si las condiciones son adecuadas, con los sistemas convencionales de generación. Sus limitantes más importantes son, quizás, el desconocimiento que muchos tienen de esta realidad y la falta de incentivos para la realización de inversiones en el sector.
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