Hola, antes que nada, estudié electrónica y hace ya varios años que estudio temas relacionados con las energías alternativas (incluida la energía eólica y los aerogeneradores). Me agrada ver que exiten estos hilos de energía eólica en un foro de electrónica. Espero poder ayudar lo suficiente. Comenzamos:
Antes que nada hay que entender aspectos relacionados con la física básica, resolverse preguntas como qué es la energía y la disponibilidad de ésta. La energía eólica es en sí la energía cinética de un fluido (en este caso el aire), nunca podremos obtener más energía de la que exista disponible en un determinado instante sobre una corriente de aire. Un aerogenerador es un aparato que se contrapodrá a una corriente de viento, pero hay que tener en cuenta que el tamaño del aerogenerador influirá exponencialmente en la cantidad de energía que se podrá captar y es peligroso sobre dimensionar un sistema casero. Para hacer más simple el entendimiento del tema les comento que para ejemplo sólo hablaremos de sistemas eólicos de eje horizontal (debido a que son los más comunes, más eficientes por el momento), ya que hablar de los diferentes tipos que existen en eje vertical es muy complicado inicialmente.
Si se tiene un aerogenerador de eje horizontal hay que considerar que el área que captará el viento de frente será el "área de barrido de las palas (m²)", esta área será circular obviamente. El área de barrido es un dato importante para el cálculo de la energía que se puede captar y sobre todo para asegurar una instalación robusta para evitar su destrucción por vientos medianos o fuertes.
Para continuar con los análisis, hay que considerar también la densidad del aire (kg/m³) y la velocidad del viento (m/s). Tengo una serie de fórmulas, pero no estan a la mano. Cuando las encuentre las "posteo" para que puedan hacer sus propias consideraciones.
De entrada mantener una velocidad constante en un aerogenerador pequeño o mediano no vale la pena, sería mejor adaptar de alguna forma el flujo eléctrico variable de otra forma hasta la etapa de utilización. Regular la velocidad de un aerogenerador pequeño representa una gran serie de pérdidas energéticas y encarecimeinto innecesario del sistema.
La cuestión de las baterías (acumuladores en realidad), es algo muy discutido entre las personas que se dedican al estudio de las energías alternativas debido a que representa pérdidas considerables. He de mencionar que en un proceso energético como lo es un aerogenerador funcionando, cada etapa de transformadorrmación representa una pérdida de la energía total captada inicialmente por el sistema. En otras palabras, al exponer un aerogenerador al viento puede existir una corriente que proporcione un kW cinético directamente sobre las palas, pero las palas no podrían extraer la totalidad de la energía cinética del viento. Existe una ley sustentada en fórmulas matemáticas llamada la "Ley de Betz". Son las fórmulas que me ayudaron a estudiar al tema, como menciona antes luego se las proporciono. La ley de Betz dice que sólo puede convertirse menos de 16/27 (el 59 %) de la energía cinética en energía mecánica usando un aerogenerador.
Después hay que considerar que una vez transformadorrmada la energía cinética en mecánica se transmite el movimiento a un generador eléctrico, los cuales suelen tener entre un 85% - 95% de eficiencia, existen generadores de hasta un 98% de eficiencia no son comunes debido a la rareza de sus materiales de construcción y a la precisión de los componentes mecánicos y eléctricos.
Una vez disponible la energía eléctrica en las terminales de salida del generador, existe la opción de cargar acumuladores o utilizar directamente la energía disponible en ese instante sobre algún proceso que no sea exigente con los cambios de corriente/voltaje. Esta transformadorrmación de la energía a través del aparato a alimentar ya tiene en sí su propia pérdida debido a la eficiencia con que el aparato utiliza la energía. Si se decide cargar acumuladores, se está anexando una etapa más al sistema, los acumuladores suelen tener un 80% o 90% de eficiencia en la carga/descarga, dependiendo de las características, la calidad y la "edad" de cada acumulador. Sin embargo, a través de los acumuladores se evitan los riegos de exponer equipos eléctrico y electrónicos a las variaciones impredecibles del viento.
Entonces, finalmente queda así:
Energía Cinética del viento o energía primaria = (0.59 ideal)(0.95)(0.80 si hay acumuladores)(eficiencia del equipo a alimentar) = eficiencia total del sistema de energía eólica.
Supongamos entonces que tenemos 1000W de energía cinética en las palas y alimentamos un motor eléctrico con una eficiencia del 85%, como por ejemplo un compresor, el resultado sería:
Eficiencia total = (1000W)(0.59)(0.95)(0.85) = 476,425W
y si se cargaron acumuladores antes:
Eficiencia total = (1000W)(0.59)(0.95)(0.85)(0.85) = 404.96W de energía mécanica en el rotor del motor.
Hablando finalmente de la electrónica de control y potencia que se requiere típicamente para aprovechar aerogeneradores, generalmente se utilizan controladores de carga para los acumuladores y después de los acumuladores reguladores de voltaje e inversores (convertidores CD-CA) para obtener energía adecuada para los aparatos convencionales alimentas por la corriente de línea. A estas etapas tambien hay que considerarlas para calcular las pérdidas.
Si gustan puedo seguir explicando más adelante... por el momento ya me cansé un poco... si desean saber algunas cosas más sólo contesten el foro.
Saludos... y suerte con los proyectos.
Antes que nada hay que entender aspectos relacionados con la física básica, resolverse preguntas como qué es la energía y la disponibilidad de ésta. La energía eólica es en sí la energía cinética de un fluido (en este caso el aire), nunca podremos obtener más energía de la que exista disponible en un determinado instante sobre una corriente de aire. Un aerogenerador es un aparato que se contrapodrá a una corriente de viento, pero hay que tener en cuenta que el tamaño del aerogenerador influirá exponencialmente en la cantidad de energía que se podrá captar y es peligroso sobre dimensionar un sistema casero. Para hacer más simple el entendimiento del tema les comento que para ejemplo sólo hablaremos de sistemas eólicos de eje horizontal (debido a que son los más comunes, más eficientes por el momento), ya que hablar de los diferentes tipos que existen en eje vertical es muy complicado inicialmente.
Si se tiene un aerogenerador de eje horizontal hay que considerar que el área que captará el viento de frente será el "área de barrido de las palas (m²)", esta área será circular obviamente. El área de barrido es un dato importante para el cálculo de la energía que se puede captar y sobre todo para asegurar una instalación robusta para evitar su destrucción por vientos medianos o fuertes.
Para continuar con los análisis, hay que considerar también la densidad del aire (kg/m³) y la velocidad del viento (m/s). Tengo una serie de fórmulas, pero no estan a la mano. Cuando las encuentre las "posteo" para que puedan hacer sus propias consideraciones.
De entrada mantener una velocidad constante en un aerogenerador pequeño o mediano no vale la pena, sería mejor adaptar de alguna forma el flujo eléctrico variable de otra forma hasta la etapa de utilización. Regular la velocidad de un aerogenerador pequeño representa una gran serie de pérdidas energéticas y encarecimeinto innecesario del sistema.
La cuestión de las baterías (acumuladores en realidad), es algo muy discutido entre las personas que se dedican al estudio de las energías alternativas debido a que representa pérdidas considerables. He de mencionar que en un proceso energético como lo es un aerogenerador funcionando, cada etapa de transformadorrmación representa una pérdida de la energía total captada inicialmente por el sistema. En otras palabras, al exponer un aerogenerador al viento puede existir una corriente que proporcione un kW cinético directamente sobre las palas, pero las palas no podrían extraer la totalidad de la energía cinética del viento. Existe una ley sustentada en fórmulas matemáticas llamada la "Ley de Betz". Son las fórmulas que me ayudaron a estudiar al tema, como menciona antes luego se las proporciono. La ley de Betz dice que sólo puede convertirse menos de 16/27 (el 59 %) de la energía cinética en energía mecánica usando un aerogenerador.
Después hay que considerar que una vez transformadorrmada la energía cinética en mecánica se transmite el movimiento a un generador eléctrico, los cuales suelen tener entre un 85% - 95% de eficiencia, existen generadores de hasta un 98% de eficiencia no son comunes debido a la rareza de sus materiales de construcción y a la precisión de los componentes mecánicos y eléctricos.
Una vez disponible la energía eléctrica en las terminales de salida del generador, existe la opción de cargar acumuladores o utilizar directamente la energía disponible en ese instante sobre algún proceso que no sea exigente con los cambios de corriente/voltaje. Esta transformadorrmación de la energía a través del aparato a alimentar ya tiene en sí su propia pérdida debido a la eficiencia con que el aparato utiliza la energía. Si se decide cargar acumuladores, se está anexando una etapa más al sistema, los acumuladores suelen tener un 80% o 90% de eficiencia en la carga/descarga, dependiendo de las características, la calidad y la "edad" de cada acumulador. Sin embargo, a través de los acumuladores se evitan los riegos de exponer equipos eléctrico y electrónicos a las variaciones impredecibles del viento.
Entonces, finalmente queda así:
Energía Cinética del viento o energía primaria = (0.59 ideal)(0.95)(0.80 si hay acumuladores)(eficiencia del equipo a alimentar) = eficiencia total del sistema de energía eólica.
Supongamos entonces que tenemos 1000W de energía cinética en las palas y alimentamos un motor eléctrico con una eficiencia del 85%, como por ejemplo un compresor, el resultado sería:
Eficiencia total = (1000W)(0.59)(0.95)(0.85) = 476,425W
y si se cargaron acumuladores antes:
Eficiencia total = (1000W)(0.59)(0.95)(0.85)(0.85) = 404.96W de energía mécanica en el rotor del motor.
Hablando finalmente de la electrónica de control y potencia que se requiere típicamente para aprovechar aerogeneradores, generalmente se utilizan controladores de carga para los acumuladores y después de los acumuladores reguladores de voltaje e inversores (convertidores CD-CA) para obtener energía adecuada para los aparatos convencionales alimentas por la corriente de línea. A estas etapas tambien hay que considerarlas para calcular las pérdidas.
Si gustan puedo seguir explicando más adelante... por el momento ya me cansé un poco... si desean saber algunas cosas más sólo contesten el foro.
Saludos... y suerte con los proyectos.
