Energía Eólica 1

Contenido Introducción Historia Viento Recurso Eólico Tecnologías para aprovechar el viento Proyecto

Por qué viento Carbón Gas natural, petróleo Energía nuclear ExtracciónDistribución quema vapor tur bina vapor  ciclo Rankine red eléctrica Gas natural, petróleo Extracción Refinación  Distribución … Energía nuclear Extracción Enriquecimiento fisión vapor… Energía eólica Viento Turbina generador red eléctrica Flexible, no CO2

Potencial del viento E solar interacción atmósfera-tierra-océano viento aprox 2% del total se transmite al viento E sol: 300-1000W/m2, E viento: 1-3KW/m2 Crecimiento E eólica: 30% anual! De todas maneras ese 2% es 200 veces el consumo energético anual de la tierra (del orden de )

Historia Velas: al menos 6000 años. Molinos: Persia (panemone), 900-100 A.C (http://www.telosnet.com/wind/early.html) Arrastre

Historia Europa: 1300-1875 A.D. Sustentación

Historia Turb. Horizontales para bombeo de agua en la América rural del s XIX.

Historia Revolución industrial 1888: Charles Brush (17m diam wind rose configuration, 12kW) 1890: Lewis Electric Co. Vende generadores para conectar a turbinas existentes 1920s-50s: WECS de 2 y 3 propulsores 1940s-60s: electrificación de zonas rurales lleva al desuso de las turbinas eólicas!

Historia Innovaciones como control de ángulo de ataque en los años 70s Palmers Putnam´s 1.2 MW años 30s Innovaciones como control de ángulo de ataque en los años 70s Escalamiento a la producción en masa: nuevos materiales

Hoy 25 años: el precio de la E. eólica ha decrecido más del 80% (de 1 us dll a 3-5 centavos de dólar) y puede competir con E. fósil. Diseños modernos: GE 3.6 MW, Clipper 2.5 MW (offshore). Suficiente para 100 casas aprox.

¿Qué es el viento?

Sol Cambios de densidad debido a dif. De temperatura y densidad. El aire húmedo es menos denso que el aire seco! Diferencias de temperaturas debido al terreno, agua, etc. Diferencias de presión Movimiento de la tierra ρ = ρda (1 + x) / (1 + 1.609 x )  

Viento Fuerza centrífuga r=6000km, g=9.81m/s2 f=mv2/r “Fuerza” de Coriolis

Circulación global, viento geostrófico No es tan sencillo: turbulencia, efectos de topografía y condiciones de frontera

Atmósfera

No es tan sencillo Turbulencia Efectos de topografía Transferencia de calor Frentes y chorros Tormentas, condensación y cambios de fase Inestabilidades hidrodinámicas, huracanes

Viento, múltiples escalas Diferentes escalas de tiempo, longitud Mesoescala micrometeorología

Proyecto Tenemos una torre de 50m Instrumentada con Anemómetros sónicos a cinco diferentes alturas, adquiriendo a 10Hz. Se guardan los datos crudos para futuros análisis.

Equipos Sitio Sisal, Yucatán Estación YC01 Longitud 90° 02’ 48” Oeste Latitud 21° 09’ 53” Norte Altura sobre el nivel del mar Alturas de medición H1 (3m), H2 (6m), H3 (12.5m) , H4 (25m), H5 (50m) Equipo de medición Anemómetros sónicos Thies © 4.382: tres 2D y dos 3D Globo aerostático (cautivo) Anemómetro Skywatch ©, temperatura, humedad, presión atmosférica (0.25 Hz) Estación meteorológica Humedad, temperatura, presión atmosférica, viento (1Hz) Adquisición y transmisión de datos Data Logger Blueberry © NDL 485, y dos transmisores Ethernet Xpress de MaxStream© Fecha de inicio 1de agosto Lugar Instalaciones de la UNAM en Sisal, Yucatán Municipio Hunucmá Estado Yucatán Propietario de la Torre Propietario de la estación IIE UNAM-IIE

El experimento Anemómetro sónico Data-Logger DSP Mem. Interna Puertos Procesador Serv Linux Transmisor inalámbrico switch Red

El experimento Acceso directo via web: al data-logger y a los datos en una base de datos OpenSource para promover colaboraciones y mantenimiento a distancia

Análisis de datos Detección de errores Rotación Instrumentos Promediado temporal detrending flujo Estacionario? Corrección estela Corrección frecuencia Análisis y Publicación Objetivos y variables Hardware Software Plan de Mantenimiento Instrumentos Probar Adq. Datos Probar Guardado de datos Organizar Datos Mantenimiento

Resultados preliminares Rosa de vientos A-3 (12m, 3D) Línea de Costa

Resultados preliminares Rosa de vientos A-5 (50m, 3D) Línea de Costa

Resultados preliminares histogramas de velocidad (A-3: z=12.5 m) No. de eventos Velocidad del viento (m/s)

Perfil de Velocidad Para condiciones de neutralidad: Donde se mide la velocidad de fricción usando las fluctuaciones de velocidad: Para condiciones de no neutralidad: U = Velocidad del viento en la altura Z U* = Velocidad de fricción k = Constante de Von Karman z = Altura z0 = Rugosidad superficial L = Longitud de Monin-Obukhov

No Homogeneidad horizontal (capa límite interna) Zonas costeras: ventajas, desventajas

No Homogeneidad horizontal: caso cuasi-neutral Tierra: rugoso a suave z0 del orden de 2cm Mar: suave a rugoso z0 del orden de 4 x10-6 Pocos datos. Resultados similares a Echols y Wagner (1972)

Proyecto Calcular Potencial eólico proveniente de simulaciones, de estación meteorológica, de anemómetros sónicos Calcular potencial eólico convencional a 50m Calcular rugosidades superficiales usando datos de anemómetros sónicos Proponer

Viento Mecánica de fluidos: ecuaciones de Navier-Stokes Más ec. de continuidad Velocidad (3), presión, 4 ecs. 4 incógnitas Más ec. de energía y ecs. de estado (Pv=RT) para transf. de calor y densidad variable

Fuerza ficticia

Fuerza ficticia Aceleración del marco de referencia móvil Aceleración c/resp al marco de referencia móvil Término que depende de la velocidad y aceleración de los vectores unitarios