Generadores eólicos de electricidad

Fisica

I. DEDICATORIA.

II. AGRADECIMIENTO.

III. ANTECEDENTES.

III.1. PLANTEAMIENTO DEL
PROBLEMA.

III.2. JUSTIFICACION.

III.3. HIPOTESIS.

CAPITULO I

1.0. GENERALIDADES

1.1. AEROGENERADORES: ENERGIA
ACCESIBLE.

1.1.1. HISTORIA DE LOS
AEROGENERADORES.

1.1.2. DISTINTAS CLASES DE AEROMOTOR.

1.1.2.1. AEROMOTOR DE EJE HORIZONTAL.

1.1.2.2. AEROMOTOR DE EJE VERTICAL.

1.1.3. RAZON DE LA ELECCION DE AEROMOTOR DE EJE

HORIZONTAL BIPALA.

1.1.4. CONFIGURACION DE UNA ESTACION EOLICA.

1.1.5. CONSTITUCION DE UN AEROMOTOR.

1.1.6. TORRE DE SOPORTE DEL AEROGENERADOR.

1.1.7. DISPOSITIVO PARA EL ALMACENAMIENTO DE
ENERGIA
PRODUCIDA.

1.1.8. FUENTE ENERGETICA DE APOYO.

1.1.9. DISPOSITIVO PARA VIGILAR EL ESTADO DE
LAS BATERIAS DE ACUMULADORES.

CAPITULO II

2.0. METEOROLOGIA.

2.1. EL VIENTO

2.1.1. ORIGEN DEL VIENTO.

2.1.2. VELOCIDAD DEL
VIENTO-VARIACIONES DE LA VELOCIDAD DEL
VIENTO EN EL TIEMPO.

2.1.2.1. FENOMENOS INSTANTANEOS:RAFAGAS.

2.1.2.2. FENOMENOS DIARIOS.

2.1.2.3. FENOMENOS ESTACIONALES.

2.1.2.4. VARIACIONES DE VELOCIDAD DEL VIENTO CON LA
ALTITUD.

2.1.3. VARIACIONES DE ORIENTACION DEL VIENTO EN EL
TIEMPO

2.1.3.1. VARIACIONES INSTANTANEAS DE DIRECCION:
TURBULENCIAS.

2.1.3.2. VARIACIONES ESTACIONALES.

2.1.4. IMPORTANCIA DE ESTOS FENOMENOS PARA UNA
INSTALACION EOLICA.

2.1.5. MEDICION DE
LAS VELOCIDAD DEL VIENTO.

2.2. LUGARES DE EMPLAZAMIENTO DE LOS AEROMOTORES.

2.2.1. DETERMINACION DEL EMPLAZAMIENTO.

2.2.1.1. POTENCIAL EOLICO.

2.2.1.2. CONSIDEREACIONES SOBRE EL LUGAR DE INSTALACION
CUANDO NO SE DISPONE DE ESTADISTICAS APROPIADAS.

2.2.1.3. OBSTACULOS DE LOS ALREDEDORES.

2.2.2. DETERMINACION EN RELACION A ELEMENTOS
FAVORABLES.

2.2.3. TORRE DE SOPORTE.

CAPITULO III

3.0. MOTOR
EOLICO.(Proyectado)

3.1. EL AEROMOTOR: ESTUDIO TEORICO.

3.1.1. ENERGIA SUMINISTRADA POR EL VIENTO.

3.1.2. ACCION DEL VIENTO SOBRE LA SUPERFICIE
PLANA.

3.1.2.1. DESCOMPOSICION DEL VECTOR
RESULTANTE:

ARRASTRE Y SUSTENTACION.

3.1.3. APLICACION AL CASO DE UN AEROMOTOR-ACCION SOBRE
LAS PALAS.

3.2. EL AEROMOTOR: DESCRIPCION.

3.2.1. LAS PALAS DEL AEROMOTOR.

3.2.1.1. LONGITUD DE LAS PALAS.

3.2.1.2. EL PERFIL.

3.2.1.3. ANCHURA.(Longitud de la cuerda del
perfil)

3.2.1.4. NUMERO DE PALAS.

3.2.2. SISTEMAS DE
PROTECCION.

3.2.2.1. SISTEMAS DE
FRENADO.

3.2.2.1.1. SISTEMAS DE FRENADO MANUAL.

3.2.2.1.2. SISTEMA DE
FRENADO AUTOMATICO.

3.2.3. SISTEMAS DE REGULACION.

3.2.3.1. UTILIZACION DE LA TORRE ABATIBLE COMO
REGULADOR.

3.2.4. SISTEMAS DE ORIENTACION.

CAPITULO IV

4.0 COMPLEMENTOS PARA LA UTILIZACION DE ENERGIA
EOLICA.

4.1. EL GENERADOR ELECTRICO Y EL
MULTIPLICADOR.

4.1.1. EL GENERADOR ELECTRICO

4.1.2. GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA
(Dínamo)

4.1.3. GENERADOR SINCRONO DE CORRIENTE
ALTERNA

4.1.4. VENTAJAS E INCONVENIENTES.

4.1.5. EL MULTIPLICADOR.

4.1.6. RECUPERACION DE LA ENERGIA EN EL SOPORTE
FIJO.

4.1.6.1. MAQUINAS SIN
MULTIPLICADOR.

4.1.6.2. MAQUINAS CON MULTIPLICADOR.

4.1.7. PROTECCION CONTRA LOS RAYOS.

4.2. SOPORTE PARA AEROGENERADORES.

4.2.1. SOPORTES ATIRANTADOS
ABATIBLES.(Proyectado)

4.3. DISPOSITIVOS DE
ALMACENAMIENTO.

4.3.1. ACUMULADORES DE PLOMO.(Proyectado)

4.3.1.1. DETERMINACION DE LA CAPACIDAD DE LA BATERIA DE
ACUMULADORES.

4.3.2. CONTROL DEL
ESTADO DE LA
CARGA DE LA BATERIA DE ACUMULADORES. CIRCUITOS
ELECTRICOS ASOCIADOS.(Control manual).

4.3.2.1. EQUIPAMIENTO CON GENERADOR DE CORRIENTE
CONTINUA.

4.3.2.2. EQUIPAMIENTO CON ALTERNADOR.

4.3.2.3. EMPLEO DE
CONTADOR AMPERIOS-HORA.

4.3.3. VALORES DE LA
TENSION FINAL DE CARGA Y DESCARGA.

4.3.3.1. VALOR DE LA
TENSION FINAL DE CARGA.

4.3.3.2. VALOR DE LA
TENSION DE DESCARGA POR ELEMENTO.

4.4. LAS FUENTES DE
EMERGENCIA.

4.4.1. PANELES SOLARES.

4.4.2. MOTORES DE
EXPLOCION.

CAPITULO V

5.0. UTILIZACION DE LA ENERGIA ELECTRICA DE ORIGEN
EOLICO.(Proyectada)

5.1. UTILIZACION DE LA ENERGIA ELECTRICA.

5.1.1. UTILIZACION DE ENERGIA EOLICA PARA USO
DOMESTICO.

5.1.1.1. EVALUACION DE CONSUMO DE
ENERGIA EN UN DOMICILIO.

5.1.2. LOS CONVERTIDORES.

CAPITULO VI

6.0. ANEXOS.

6.1. GASTOS DE
INVERSION Y COSTOS DE
FUNCIONAMIENTO.

6.2. DATOS
METOROLOGICOS EN ORURO.

6.3. BIBLIOGRAFIA.

ANTECEDENTES

III.1.PLANTEAMIENTO DEL
PROBLEMA.-

Bolivia como
país desde el punto de vista económico se encuentra
en una posición muy baja, con respecto al desarrollo del
continente en su totalidad.

Al ser esta posición desfavorable, las
consecuencias internas son grandes y variadas, e inciden
directamente en la población y sus medios de
susbsistencia. Uno de estos medios es
irreparablemente la energía
eléctrica; en Bolivia el
tendido electrico es reducido y no abastece la necesidad humana,
por varias razones entre las cuales la más importante
quizas sea la densidad del
factor humano (6,48 hab./km?), la lejania entre urbes y la mala
distribución del mismo.

III.2.JUSTIFICACION.-

La tesina esta dirigida hacia la busqueda de mejores
recursos
alternativos y económicos que abastescan las necesidades
imperantes en el olvidado altiplano boliviano como ser la
dotación de energía
eléctrica.

La energía de tipo eólica ha dado muy
buenos resultados en países desarrollados; este no es el
caso de Bolivia debido a que el aprovechamiento de ese recurso
tan disponible e inagotable como es el viento no ha sido
difundido de una manera significativa; pero, la construcción de un aereomotor casero es
sencilla y barata con su consecuente aprovechamiento
económico. Por lo tanto mediante este trabajo se busca el
proponer una posibilidad de obtener electricidad
casera, vale decir a mediana escala, para
poblaciones rurales alejadas del cableado eléctrico e
incluso para zonas urbanas que deseen un medio limpio y
relativamente sencillo de abastecimiento.

III.3.HIPOTESIS.

"Es posible, aprovechar la energía eólica,
en el altiplano, como un medio alternativo de abastecimiento
interno de energía eléctrica a mediana escala dentro las
fronteras de la población rural."

CAPITULO I

1.0. GENERALIDADES.

1.1. AEROGENERADORES: ENERGIA
ACCESIBLE.

Los aereogeneradores, tienen diversas aplicaciones
específicas, ya sea eléctricas o de bombeo de
agua, mediante
el aprovechamiento y transformación de energía
eólica en energía mecánica. Se entiende por energía
eólica a los vientos que existen en el planeta producto de
fenómenos que se estudiaran más
adelante.

Esta energía, es inagotable, no contamina; y
aunque la instalación de uno de estos aparatos es
relativamente costosa y morosa, a la larga se sentiran los
resultados positivos, especialmente en el campo
económico.

Un punto que vale hacer notar, es la autonomía
frente a la fuente más cercana accesible, que en este caso
es la Empresa
Nacional de Energia (ENDE). Esta última no siempre se
presenta en los pueblos alejados, por el costo que supone
instalar una red hacia
aquellos.

1.1.1. HISTORIA DE LOS
AEROGENERADORES.

Es importante destacar e interesante además,
algunas fechas dentro de la tecnología
eólica y de la utilización de
aeromotores.

En el s. V a.C. se encuentran los primeros aeromotores
en Asia: son
máquinas de eje vertical iguales a las
denominadas panemonas de algunas islas griegas. Más
o menos por la misma época, en Egipto se
utilizaban molinos de eje vertical para moler grano y bombear
agua,
también en la zona de Sijistán entre Irán y
Afganistán.

Todos estos molinos tenían el mismo principio:
transformar la energía eólica en energía
para el bombeo de agua y la molturación del grano entre
otras.

En el siglo VII d.C. se da origen a los primeros
modelos
rústicos de los clásicos molinos holandeses que hoy
en día son mecánicamente sofisticados. O los
aeromotores para el bombeo de agua que progresa con la
invención de las multipalas en 1870 por los
americanos.

Fue en el año 1802 cuando Lord Kelvin
trató de asociar un generador eléctrico a un
aeromotor para la producción de energía
eléctrica.

Hacia el año 1920 la energía eólica
obtiene cierto éxito,
pues habían trescientos constructores de estos
aparatos.

El estudio en los campos de la aerodinámica
permitió alcanzar enormes progresos en los aeromotores,
esto hasta el año 1961; desgraciadamente en ese año
el precio del
petróleo
bajó, poniendo al kilowatt "eólico" a precios
inaccesibles. Todas las máquinas fueron desmontadas y
vendidas al precio de
chatarra.

Desde el año 1973 ocurre el proceso
inverso, impulsando programas de
estudio y realización de aerogeneradores. La demanda en
países industrializados es mínima. Pero no obstante
la demanda en
países tercermundistas aumentó de nivel, esto por
el obvio bajo costo de producción e instalación de estos
aparatos en comparación a las ganancias
retribuidas.

En Bolivia, existen aeromotores de bombeo particulares,
pero hasta ahora, no se hizo ninguna prospección, para la
instalación de los aereogeneradores eléctricos o
estos trabajos nos son desconocidos.

1.1.2. DISTINTAS CLASES DE
AEROMOTOR.

Se definen en general, los aeromotores según la
posición de su eje de rotación, con relación
a la dirección del viento.

Así se dividen en:

? Aeromotores de eje horizontal.

– Con el eje paralelo a la dirección del viento.

– Con el eje perpendicular a la dirección del
viento.

? Aeromotores de eje vertical.

? Aeromotores que utilizan el desplazamiento de un movil

1.1.2.1. Aeromotores de eje
horizontal.

* Eje paralelo a la dirección del
viento.

Son las máquinas más difundidas, y con
rendimiento superior a las demás. Incluyen aquellas de
1,2,3 o 4 palas, además de las típicas multipalas
para el bombeo de agua.

Debemos distinguir aquellas de "cara al viento" y
aquellas que tiene sus palas situadas de "espalda al
viento".

Los aerogeneradores, generalmente van provistos de
rotores bipala o tripala (cara al viento), para potencias
inferiores a 1 kW (P<1 kW). Y de espaldas al viento para
potencias superiores a 1 kW (P>1 kW).

* Eje horizontal perpendicular a la
dirección del viento.

Los aerogeneradores más significativos de eje
perpendicular a la dirección del viento, son el de perfil
oscilante y el sistema de
captación con palas batientes.

Estos sistemas se han estudiado ampliamente,
también se construyeron prototipos; pero presentan
más inconvenientes que ventajas; en especial necesitan
sistemas de orientación igual a los de eje horizontal
paralelo al viento. La recuperación de energía es
en generalmente complicada y no presenta un buen
rendimiento.

1.1.2.2. Aeromotores de eje
vertical.

Son presumiblemente, las primeras máquinas que se
utilizaron para la captación de energía
eólica, ya que son más sencillas que las de eje
horizontal; no nesecitan ningún sistema de
orientación. Lo que constituye una ventaja constructiva.
En funcionamiento las palas, los rodamientos y los ejes, no
están sometidos a esfuerzos importantes por cambios de
orientación. Son de fácil construcción.

El rendimiento es mediocre (el rotor Savonius un 20% del
límite de Betz). No se experimentó un gran desarrollo en
estos aparatos.

Existen 3 grandes familias de aeromotores de eje
vertical.

? Aeromotores Savonius.

Esencialmente utilizan el arrastre diferencial creado
por las palas que pueden ser de diversas formas. El par de
arrastre

es elevado, pero la velocidad máxima es
claramente inferior a la de los rotores de eje
horizontal.

? Aeromotores Darrieus.(patent/1931)

Emplea la sustentación de las palas y
están caracterizados por débil par de arranque y
velocidad de rotación elevada que permite la
recuperación de una gran potencia.

Para mejorar el par de arranque se pueden acoplar otro
tipo de rotores haciéndolo mixto
(Savonius-Darrieus).

Este tipo de máquinas son susceptibles de
competir con los aeromotores rápidos, bipalas y tripalas
de eje horizontal; son objeto de estudio y desarrollo.

1.1.3. RAZON DE LA ELECCION DEL AEROMOTOR DE EJE
HORIZONTAL BIPALA.

Los aeromotores de eje horizontal paralelo a la
dirección del viento, son los más extendidos, por
tener el mejor rendimiento en relación a la energía
máxima recuperable, conocida como límite de
Betz. En esta tesina, nos limitaremos de este tipo de
aeromotores para la generación de electricidad.

1.1.4. CONFIGURACION DE UNA ESTACION
EOLICA.

Cualquier estación eólica destinada a la
producción de energía eléctrica tiene
según el siguiente organigrama esta
configuración:

Organigrama de
una estación de suministro de energía por
aerogenerador.

1.1.5. CONSTITUCION DE UN
AEROMOTOR.

Un aeromotor está constituido por las siguientes
partes:

? Un aeromotor de dos palas (o tres, no es
nuestro caso), provisto de un sistema de
regulación, que confiera al rotor una velocidad de
rotación estable a partir de cierta velocidad del viento,
y un sistema de seguridad destinado a frenar la
máquina en caso de tempestad, si el sistema de
regulación es inoperante a altas velocidades.

? Un generador eléctrico que puede
estar:

– directamente acoplado al aeromotor. En el caso
más sencillo las palas van directamente montadas en el eje
del generador.

– acoplado a un multiplicador, colocado entre el
aeromotor y el generador. Se verá que la velocidad de
rotación depende del diámetro del rotor y disminuye
cuando el diámetro aumenta. Entonces para tener un buen
rendimiento, es necesario aumentar las revoluciones del aeromotor
antes de acoplarlo al generador.

? Mecanismo de giro, que permita a la
máquina estar siempre orientada en la dirección del
viento, cualquiera que sea esta. La energía producida en
la parte móvil, se transmite por medio de un dispositivo
colector asociado al mecanismo de rotación.

? Cárter o armazón, que envuelva y
proteja a todas las piezas del conjunto del los factores
climáticos.

? Una cola, en el caso de que la máquina
funcione de cara al viento, para obtener una orientación
según los movimientos de la masa de aire.

En la siguiente figura se representa al aerogenerador de
cara al viento con las partes descritas:

Aerogenerador con aeromotor "cara al
viento"

1.1.6. TORRE DE SOPORTE DEL
AEROGENERADOR.

Es importante su construcción por varias razones,
la cual es mecánicamente sencilla.

? Su altura. El aerogenerador debe estar situado
por encima de las perturbaciones causadas por el terreno. La
instalación de la torre en el altiplano boliviano no
será necesariamente muy alta, debido a la peculiaridad de
la configuración geográfica en esta
zona.

? Su frecuencia. Cualquier máquina
giratoria es siempre asiento de vibraciones; es por tanto,
esencial que la frecuencia propia de la torre sea muy diferente a
la frecuencia de las vibraciones (fundamentales y
armónicas), engendradas por el aerogenerador.

? Mantenimiento. El acceso a la torre debe ser
fácil para su buen mantenimiento.
En nuestro caso la torre abatible es la que mejores bondades
presenta.

? Robustez. La torre deberá resistir las
sobrecargas producidas, como ser: esfuerzos ocasionados por
funcionamiento anormal, ráfagas de viento, y
turbulencias.

? Forma. Preferiblemente no angular, para evitar
esfuerzos innecesarios en la misma torre mejorando así el
flujo de corrientes de aire.

1.1.7. DISPOSITIVO PARA EL ALMACENAMIENTO DE
LA ENERGIA PRODUCIDA.

La estación eólica deberá disponer
de un medio para el almacenamiento de la energía
producida, esto con el fin de abastecimiento en períodos
de calma atmosférica. En general el medio más
accesible para este propósito son los acumuladores de
plomo.

Vale hacer notar que una parte importante de la inversión esta dirigida a este campo.
Aproximadamente de un 20% a 50% del total del costo.

1.1.8. FUENTE ENERGETICA DE
APOYO.

Según la capacidad del aereogenerador, su
utilización y los regímenes de viento, puede ser
necesario el uso de fuentes de
apoyo.

? Para garantizar el funcionamiento continuo de la
instalación en caso de fallo en el
aerogenerador.

? Para disminuir el uso de almacenadores.

A este objetivo, se
perfilan dos grandes representantes:

? Motores de
explosión (combustión interna), a diesel o gasolina u
otro derivado del petróleo.

? Batería de acumuladores cargada por células
fotovoltáicas.

1.1.9. DISPOSITIVO PARA VIGILAR EL ESTADO DE
LAS BATERIAS DE ACUMULADORES.

A pesar de ser los acumuladores de plomo el medio
más barato y fácil de instalar, necesitan una
vigilancia muy severa.

Los acumuladores de plomo, son extremadamente sensibles
a regímenes de descarga y sobrecarga prolongados. Por lo
tanto es indispensable instalar un sistema manual o
automático de vigilancia.

Este dispositivo deberá asegurar
prioritariamente:

? El corte de la corriente de carga de la batería
cuando está completamente cargada.

? La conmutación del circuito de
utilización hacia la fuente de apoyo, si existe, cuando la
batería esté descargada.

? La protección de los distintos elementos de la
instalación mediante fusibles.

? Los medios para medir el buen funcionamiento de la
estación (valor de la corriente de carga, de la
tensión dada por aerogenerador, etc.).

CAPITULO II

2.0. METEOROLOGIA.

2.1. EL VIENTO.

La finalidad de este subtítulo es tratar de
manera superficial, aquel fenómeno tan perceptible pero
que pasa tan desapercibido ante nosotros, el viento. Se
abordará solamente algunas características del viento que serán
útiles para la construcción de los aeromotores;
además se hará una referencia a las características del viento
altiplánico y se tomará como ejemplo las
cercanías de la ciudad de Oruro, por tener este lugar
características semejantes a la región en su
totalidad.

2.1.1. ORIGEN DEL VIENTO.

La atmósfera constituida
esencialmente por oxígeno, nitrógeno y vapor de agua,
se caracteriza por su presión,
que varía con la altura.

La radiación
solar se absorbe de manera muy distinta en los polos que en el
ecuador, a causa
de la redondez de la tierra. Es
pues la energía absorbida en el ecuador mucho
mayor a la de la absorbida en los polos. Estas variaciones de
temperatura,
provocan cambios en la densidad de las
masas de aire, por lo que se desplazan en diferentes latitudes.
Estas traslaciones se realizan desde las zonas en que la densidad
del aire (presión atmosférica) es alta en
dirección a las de baja presión
atmosférica.

Se establece así, cierto equilibrio por
transferencia de energía hacia las zonas de temperaturas
extremas, que sin esto serían inhabitables. Existen otros
desplazamientos que se ejercen perpendicularmente a la
dirección del movimiento de
las masas de aire, hacia la derecha en el hemisferio norte, y
hacia la izquierda en el hemisferio sur.

Sin embargo, estas direcciones, están
frecuentemente perturbadas por:

? las tormentas que desvían la
dirección dominante, como se hace patente en registros.

? los obstáculos naturales, bosques,
cañadas, depresiones, etc.. Estos obstáculos
modifican la circulación de las masas de aire en
dirección y velocidad.

? las depresiones ciclónicas que pueden
desplazarse en cualquier dirección, pero de hecho, tienen
ciertas direcciones establecidas, superponiendose, al sistema
general de presión atmosférica.

El viento se caracteriza entonces, por dos grandes
variables
respecto al tiempo: la
velocidad y la dirección. La velocidad incide más
directamente que la dirección en el rendimiento de la
estación.

2.1.2. VELOCIDAD DEL VIENTO-VARIACIONES DE LA
VELOCIDAD DEL VIENTO EN EL TIEMPO.

2.1.2.1. Fenómenos instantáneos:
Ráfagas.

Son difíciles de caracterizar; para tener una
idea aproximada de estas variaciones, se necesitan registros
meteorológicos de vientos periódicos, de por lo
menos 20 años hacia atrás.

No obstante, nosotros contamos con un registro de estos
fenómenos instantáneos de hace 10 años,
estos datos fueron
recogidos por SENAMHI (Servicio
Nacional de Meteorología) con sub- base en Vinto (Oruro).
Estos datos se encuentran en el Anexo 6.2.

Por lo tanto, cuando se quiere utilizar la
energía eólica, es importante tener en cuenta las
ráfagas. Así, las variaciones bruscas de la
velocidad del viento originan variaciones muy considerables de la
energía aplicada al aeromotor.

Un viento presentado en ráfagas, impondrá
condiciones que se deberán tener en cuenta durante la
utilización del aeromotor y en el cálculo de
su soporte; casi todos los sistemas de regulación tienen
generalmente una inercia muy superior a la duración de una
ráfaga.

En el lugar de emplazamiento se presentaron
ráfagas de hasta 22 m/s. Ver Anexo 6.2.

2.1.2.2. Fenómenos
diarios.

Se deben a los fenómenos térmicos
producidos por la radiación solar. Las variaciones de
temperatura
con la altitud crean corrientes ascendentes. La velocidad media
del viento es más débil por la noche, con pocas
variaciones. Aumenta a partir de la salida del sol y alcanza su
máximo entre las 12 pm. y las 16 pm. horas de
T.U.

En las afueras de la ciudad se puede hacer tangible esta
afirmación, pues a partir de las 12:00 la velocidad del
viento aumenta de manera considerable hasta más o menos
con variaciaciones leves hasta las 23:00 horas estos datos se
encuentran en el anexo 6.2.

"El Viento Foehn". Si el viento recorre un
sector montañoso se ve obligado a elevarse, lo que
comporta la condensación y la lluvia. El calor perdido
por el vapor de agua pasa al aire. En la otra vertiente de la
montaña será seco y cálido. Este caso es
particularmente aplicable a la planicie precedida por los Andes
de la región altiplánica de Oruro.

El viento "Foehn".

2.1.2.3. Fenómenos
estacionales.

? Fenómenos mensuales.

Las variaciones mensuales dependen esencialmente del
lugar geográfico y solo las estadísticas meteorológicas pueden
predecir estas variaciones.

Según el SENAMHI, y como se ve en el Anexo 6.2..
Los meses más ventosos generalmente, son: septiembre,
octubre, noviembre, diciembre y enero; con velocidades de 6 a 8
m/s. estos son promedios mensuales, por lo que las velocidades
representadas tiene notable diferencia con las velocidades reales
diárias.

? Fenómenos anuales.

Las variaciones anuales son periódicas con buena
precisión en los datos, de modo que de un año a
otro, es posible hacer una buena evaluación
de la energía eólica recuperable en un lugar
deteminado.

Las masas de aire que se mueven en Oruro tienden a
disminuir de velocidad con el transcurso de los años.
Tomaremos como ejemplo el registro de
Noviembre de 1990 la velocidad registrada fue de 6.82 m/s y de
Noviembre de 1995 que fue de 6.51 m/s.

2.1.2.4. Variaciones de velocidad del viento con
la altitud.

Dependen esencialmente del relieve del
terreno por el cual se mueven las masas de aire. Estas
variaciones se pueden representar por la ley:

donde V1 y V2 representan las
velocidades horizontales del viento a las alturas h1
(altura de la torre) y h2 (altura del radio de las
palas del aeromotor). El exponente Ó caracteriza al
terreno. En la siguiente tabla se encuentran los valores de
Ó para diferentes tipos de terreno agrupados en cuatro
familias.

Remplazando:

h1 = 12 m.

h2 = 2,5 m.

Ó1 = 0,08
(mínima)

Ó2 = 0,12
(máxima)

Resultado:

V2/V1 = 1,13
(mínima)

V2/V1 = 1,21
(máxima)

Con Ó=0,096 lg h0 + 0,016(lg
h0)? + 0,24

Esto muestra que los
lugares más interesantes para la recuperación de
energía eólica son los poco o no accidentados, para
los cuales el exponente Ó es bajo. En efecto se beneficia
de velocidades elevadas cerca del suelo y la
variación de la velocidad con la altura es mínima.
Esto tiene como consecuencia la disminución de los
esfuerzos cíclicos sobre las palas del aeromotor cuando
esta girando. Esta consideración más importante
cuanto mayor sea el diámetro del rotor.

En general el altiplano de Bolivia, en la parte Este es
casi totalmemte llano, con algunas elevaciones pequeñas
entre montaña y montaña. Especialmente en la zona
de Oruro se presenta un embudo demarcado por las serranias
Sancaré y las faldas de la Cordillera Real. Este embudo
viene desde el departamento de La Paz. Por tanto el exponente
Ó es bajo; beneficiable para al recuperación de
energía eólica.

En esta zona semidesertica existen pequeñas
elevaciones geograficas (cerros, montes) que pueden ser
aprovechados en favor de la energía recuperable. Al
colocar el aereomotor en una pequeña cuesta existe un
aumento de velocidad de hasta el 20% del original.

2.1.3. VARIACIONES DE ORIENTACION DEL VIENTO EN EL
TIEMPO.

2.1.3.1. Variaciones instantáneas de
dirección: turbulencias.

Son características propias de lugares con
terreno accidentado que perturban las masas de aire. Estas
variaciones instantáneas imponen esfuerzos muy severos a
todos los aeromotores de eje horizontal.

Este como se ha visto anteriormente no es nuestro caso,
aunque existen ciclones y anticiclones, que son dignos de tomar
en cuenta al momento de probar el aeromotor. Los ciclones
se producen cuando existe una corriente tropical al este de una
corriente polar, por efecto de la rotación de la tierra,
tenderan a separarse quedando entre ellas una zona de vacio que
derivará en un sistema de bajas presiones, si las
corrientes son muy potentes se forma un ciclón, de forma
que el aire caliente se diriga al centro en sentido contrario a
las manecillas del relój. El anticiclón
procede de una corriente tropical al oeste de una polar en el que
las presiones disminuyen del centro para afuera y las corrientes
que salen lo hacen en sentido igual al de las manecillas del
relój.

Ver Anexo 6.2.

2.1.3.2. Variaciones
estacionales.

A cada estación le corresponde una
dirección general del viento. Siendo esta muy particular
al lugar en que se estudie tomando en cuenta la latitud y
longitud en que se encuentre.

En la alcarria, se presentan las siguientes
caracteristicas estacionales:

? Verano: Los vientos tienen una
dirección predominante de Este; Noreste;
Norte.

? Otoño: Los vientos tienen una
dirección predominante de Este; Norte.

? Invierno:Los viento tienen una dirección
predominante de

Norte; Noroeste.

? Primavera:Los vientos tiene una
dirección predominante de

Norte.

Los datos se detallan en el Anexo 6.2.

2.1.4. IMPORTANCIA DE ESTOS FENOMENOS PARA LA
INSTALACION EOLICA.

El buen funcionamiento de la máquina requiere de
un estudio profundo del lugar en función de
los fenómenos antes explicados.

En el caso de utilización de aeromotores de
pequeña y mediana potencia, la
instalación esta adherida a los elementos desfavorables
siendo estos en la mayoría de los casos insuperables.
Ahí es donde el altiplano encuentra su funcionalidad
dentro el proyecto, por sus
características favorables.

2.1.5. MEDICION DE LAS VELOCIDADES DEL
VIENTO.

Antes de comenzar la explotación de una
estación de energía eólica, en un lugar
dado, es necesario disponer de un mínimo de datos sobre
las características del viento en dicho lugar. Este
estudio debe ser llevado con datos anteriores a tres años
en un determinado lugar.

Ver Anexo 6.2.

2.2. LUGARES DE EMPLAZAMIENTO DE LOS
AEROMOTORES.

Para todo tipo de aeromotor la elección del
emplazamiento es un elemento determinante, los
parámetros varían según la potencia del
aeromotor.

? Para las grandes máquinas (P>100 kW), el
número de emplazamientos es casi limitado, puesto que el
criterio esencial de elección es: el coste de la unidad de
energía kilowatt hora (kWh) producida debe ser competitiva
con otras fuentes de energía. Es por lo tanto necesaria
una gran cantidad de energía potencial y también un
previo estudio profundo del viento en diferentes partes del lugar
de emplazamiento.

? Para pequeñas potencia (P<10 kW); el
número de emplazamientos es también limitado,
puesto que el criterio esencial es en este caso es la proximidad
al usuario. No es indispensable una gran cantidad de
energía potencial.

Trataremos desde ahora, criterios para la
elección de emplazamientos para pequeños
aerogeneradores. Es decir no teniendo en cuenta el precio del
terreno.

2.2.1. DETERMINACION DEL
EMPLAZAMIENTO.

2.2.1.1. Potencial
eólico.

La evaluación
de la energía recuperable en un lugar debe conocerse o
estimarse antes de cualquier otro trabajo. El usuario debe estar
seguro de si
el viento puede abastecer sus necesidades energéticas, y
que la inversión no será desproporcionada
al rendimiento del aeromotor.

Es necesario un pequeño estudio económico
cuando en el posible emplazamiento se dispone de otra fuente de
energía; como una línea de distribución, etc. Aunque este sería
un estudio con una aplicabilidad de grandes
envergaduras.

Entendiendo que este trabajo tiene como finalidad
presentar una alternativa razonable de tipo energética a
la zonas rurales, y sabiendo que la extensión
altiplánica es enorme entre puntos poblados. Sería
poco razonable dar datos irreales sobre los costes de
instalación de un tendido eléctrico desde las urbes
a los ya mencionados poblados. El aereogenerador proyectado es de
tipo general es decir este puede ser instalado en cualquier punto
favorable, entre las cordillera real y occidental.

Los siguientes gráficos muestran las prestaciones
del potencial eólico en un lugar no designado.

Las abscisas pueden graduarse en %.

Las ordenadas pueden graduarse en kw/m?.

Curvas de duración de
velocidades.

2.2.1.2. Consideraciones sobre el lugar de
instalación cuando no se dispone de estadísticas apropiadas.

Medios para medir la velocidades del
viento: existen algunos aparatos para esta
medición, pero el más utilizado es
el anemómetro de cazoletas cuya rotación es
más rapida cuanto mayor sea la velocidad del viento,
hallándose en un registrador electrico que genera datos
lineales (eoleograma) .

Las lecturas de velocidad deberán hacerse a una
hora fija (se harán todas las medidas a una misma hora y
lugar).

En el Anexo 6.2. se detalla estos datos
esquemáticamente.

2.2.1.3. Obstáculos de los
alrededores.

Perturbaciones del viento con el
terreno.

(Cada vector representa la dirección y el valor
de la velocidad a la altura considerada).

I—Colinas de pendientes suaves y cima redondeada:
lugar muy favorable, el incremento de velocidad puede llegar a un
20%.

II–Colinas de pendientes fuertes y cima acantilada:
lugar provocante de la destrucción del aeromotor en un
tiempo breve.

III-Peñón, árbol, edificio, casa,
etc. Producen mucha turbulencia.

?En el suelo las perturbaciones aumentan con el
viento.

Cuando se conozca la viabilidad de la energía
eólica, será necesaria una selección
del emplazamiento en función de las distancias a los
posible obstáculos y sobre todo en dirección de los
vientos predominantes.

Siempre que sea posible, se emplazará el
aeromotor en lugares no perturbados por los vientos dominantes y
en caso contrario a una distancia que depende de la forma del
obstáculo y su tamaño.

? Torre (cuadrada o cilíndrica) :10 veces el
diámetro.

? Muro :10 veces la altura.

? Arboles :6
veces la altura.

? Aeromotor cercano :6 veces el
diámetro.(min)

12 veces el diámetro.(max)

En el caso particular del relieve se
debe hacer el emplazamiento en lugares poco
accidentados.

El objetivo de
este estudio es evitar las tensiones variables con
el tiempo en velocidad que son dañinas para la
máquina a corto o mediano plazo.

Dada la geografía plana del
altiplano boliviano y siendo los vientos predominantes
constantes, se podría afirmar que este lugar es muy apto
para la recuperación eólica en cualquier punto de
su extensión; esto desde el punto de vista
teórico.

2.2.2. DETERMINACION EN RELACION A ELEMENTOS
FAVORABLES.

? La mínima vegetación posible.

? Colinas de poca pendiente (ver figura), o
estrechamientos de valles.

? Naturaleza del
terreno para los cimientos de la torre. Sería perfecto si
el terreno fuera rocoso. Se estudiará en particular la
torre abatible.

? Medios de acceso fáciles para el mantenimiento
y construcción.

? Proximidad del usuario o del almacenamiento; cuanto
más cortas sean las transmisiones eléctricas, menos
perdidas habrá, por ejemplo la caída de la
tensión ?U se puede determinar
por:

l Longitud del cable entre el aerogenerador y
el consumo en
metros.

s Sección del cable en m?.

f Resistividad del material
utilizado.

Cobre:
1,8Å

Cobre:
1,8*10-8W m.

Aluminio:
2,7*10-8W m.

I Intensidad nominal en amperios.

n Número de conductores según sea
monofásico o trifásico.

2.2.3. TORRE DE SOPORTE.

Se determina la altura que muchas veces es el
único parámetro que se puede variar en los
aeromotores pequeños ya que los demás
parámetros precedentes son muy poco variables.

La altura dependerá de los obstáculos
circundantes. Según la ley de
variación del viento en función de la altura y de
los criterios de turbulencia; la altura se determina por el
siguiente criterio:

? En los lugares favorables el soporte tendrá
una altura mínima de 6 metros.

Más fácil y económico es disponer
de una torre abatible. Los lugares que pueden proporcionar el
máximo de energía anual sin crear problemas
mecánicos son aquellos en los cuales los vientos son
regulares con una velocidad media de 6 a 8 m/s.

CAPITULO III

3.0. MOTOR
EOLICO.

3.1. EL AEROMOTOR:ESTUDIO
TEORICO.

3.1.1. ENERGIA SUMINISTRADA POR EL
VIENTO.

La energía que el viento proporciona es una forma
de energía cinética, en función de la masa y
de la velocidad de un determinado volumen de aire.
Si se considera que la masa por unidad de volumen o
densidad del aire es constante se puede afirmar que la
energía proporcionada por el viento está en
función de su velocidad.

La energía cinética de una masa de aire en
movimiento es
igual a:

m: Masa de volumen de aire dado (kg)

V: Velocidad instantánea del viento
(m/s)

Ec: Energía cinética
(Joule)

Remplazando:

m = 1,25 kg/m3

V = 7 m/s

Resultado:

Ec = 30,72 joule

Supongamos: un artefacto para recuperar esta
energía que tenga una superficie de captación S.
Asumiendo la hipótesis de que la velocidad del viento es
constante en cualquier punto de la superficie S, el volumen de
aire que atraviesa la superficie S en 1 segundo es igual a
VS.

La energía teóricamente recuperable en un
segundo (potencia) será pues igual
a:

m: Masa de volumen de aire que pasa S en 1
seg

mo: Masa por unidad de volúmen
(densidad del aire) (1,25 kg/m3)

VS: Volumen de aire que atraviesa la superficie
S (m?)

Por unidad de tiempo (s). (m3/s)

P: Potencia obtenible (Watt)

Por tanto, la potencia disponible a partir de una
superficie S es:

mo: Masa por unidad de volumen
(densidad del aire) (1,25 kg/m3)

S: Superficie de contacto (m?) V:
Velocidad del viento (m/s)

P: Potencia obtenible (Watt)

Remplazando:

S = 5 m.

V = 7 m/s

Resultado:

P = 1071,87 watts

Desgraciadamente, no se puede captar toda esta
energía ;ya que la velocidad del viento, una vez
atravesada la superficie de captación, no es nunca nula y
el teorema de Betz demuestra que la máxima energía
recuperable (teóricamente), es igual a 16/27 (~60 %) de la
energía total.

Tomando como densidad del aire (mo) un valor
medio de 1,25 kg/m3, la potencia máxima
teóricamente recuperable por un aeromotor de superficie S
es igual a:

S: Superficie de contacto (m?) V:
Velocidad del viento (m/s)

P: Potencia obtenible (Watt)

Remplazando:

S = 5 m

V = 7 m/s

Resultado:

P = 634,56 watts

En el caso de un rotor, la superficie S es la barrida
por las palas. Si el diámetro de las palas es D, el
límite de Betz es:

V: Velocidad del viento (m/s)

D: Diámetro de las aspas del aeromotor
(m)

Remplazando:

D = 5 m.

V = 7 m/s

Resultado:

P = 2486,77 watts

Luego la potencia suministrada por un aeromotor es
proporcional:

– al cuadrado del diámetro o radio del
rotor

– al cubo de la velocidad del viento

La energía proporcionada por un aeromotor
adquiere la forma de energía mecánica se puede utilizar directamente
(bombeo) o transformar según la necesidades y
posibilidades (electricidad, calor,
etc.).

Además el límite de los diferentes
aeromotores está limitado por todos los rendimientos
propios de las diferentes transformaciones:

El rotor: 0,20 < n > 0,85

El multiplicador/reductor: 0,7 < n <
0,98

El generador eléctrico: 0,80 < n
<0,98

El transformador: 0,85 < n < 0,98

El rectificador: 0,9 < n < 0,98

Las baterías: 0,7 < n < 0,8

Las pérdidas en las líneas de
conducción: 0,9< n < 0,99

n = régimen nominal

Por otro lado, el rendimiento de cada elemento depende
del régimen de funcionamiento de la máquina, o sea,
de la velocidad de rotación del rotor. Ello implica que,
fuera del régimen nominal, aún disminuye más
el rendimiento global del sistema.

Límite de Betz para diferentes
diámetros del rotor.

Para los aerogeneradores clásicos, actualmente
comercializados, el rendimiento varía entre el 30% y el
50% del límite de Betz.

Hay que destacar que, entre los aerogeneradores de
potencia superior o igual a 100 kW, citados al principio de
ésta tesina, los rendimientos eran en general, más
elevados, ya que cada etapa transformadora se había
proyectado cuidadosamente. Por ejemplo, la máquina
número 0 de la NASA (ERDA) tiene un rendimiento del 82%
del límite de Betz, lo cual es, sin duda, muy
elevado.

3.1.2. ACCION DEL VIENTO SOBRE UNA SUPERFICIE
PLANA.

Si se coloca una superficie plana y delgada, ya sea
cuadrada, rectangular o circular, en el seno de un flujo de aire,
se observa que los diferentes fenómenos, para una
velocidad de circulación de aire constante, están
íntimamente ligados al ángulo (i) que forman la
superficie y la dirección del flujo. La forma de la
superficie tiene también su influencia, pero es mucho
menor.

Perturbaciones creadas por la introducción de una placa en el seno de un
flujo de aire.

Estos fenómenos, que pueden observarse en un
túnel aerodinámico, se traducen en una
presión sobre la cara delantera de la placa (la expuesta
al viento) y una depresión
sobre la parte trasera, las cuales pueden evidenciarse mediante
manómetros, que son instrumento que sirven para medir la
tensión de los fluidos elásticos.

Sus fuerzas, debidas a la presión y a la depresión,
se suman. La resultante de estas fuerzas es perpendicular a la
placa y su punto de aplicación es el centro
aerodinámico.

Esta fuerza
resultante tiene la siguiente expresión: R=KSV?
donde:

S: es la superficie aparente de la placa en m? ( la
proyección de la superficie de la placa sobre un plano
perpendicular a la dirección del viento).

V: es la velocidad del viento en m/s.

K: es un coeficiente que depende del ángulo
de incidencia i.

Se puede constatar que esta fuerza
resultante es máxima para i = 38? (K = 0,145). Al
contrario, toma su valor mínimo para i=20? e i = 90? (K =
0,08).

Observación:

Para un ángulo de incidencia comprendido entre
los 0? y 10? el punto de aplicación de la resultante de
las fuerzas aplicadas a la placa está situada
aproximadamente en el tercio delantero.

Efectivamente, si se denomina borde de ataque, al borde
de la placa que recibe en primer lugar el impacto del aire y
borde de fuga al borde opuesto, se observa que la presión
y la depresión son mayores en el borde de ataque y se
anulan en las proximidades del borde de fuga.

Fuerza resultante de la acción del
aire.

3.1.2.1. Descomposición del vector
resultante: arrastre y sustentación.

La fuerza resultante R de la acción del aire
sobre una placa puede descomponerse en dos fuerzas: S y
A.

S: perpendicular a la dirección del viento:
fuerza de sustentación.

A: en la misma dirección del viento: fuerza de
arrastre.

Al comparar los valores
relativos de S y A para distintos ángulos i
pequeños (<15?), la fuerza de sustentación
aumenta

rápidamente, mientras que la de arrastre aumenta
lentamente.

Las fuerzas S y A pueden expresarse, al igual que R,
bajo la expresión:

S=Ky*S*V?

A=Kx*S*V?

3.1.3. APLICACION AL CASO DE UN AEROMOTOR-ACCION
DEL VIENTO SOBRE LAS PALAS.

Supongamos que la placa considerada anteriormente sea la
pala de un rotor inmóvil, cuyo eje de rotación sea
paralelo a la dirección del viento. Para cada pala se
puede dibujar la fuerza

Descomposición de las fuerzas eólicas
en un punto de la pala.

resultante, perpendicular al perfil, aplicada en el
centro de sustentación aerodinámica y dirigida
según se muestra en el
dibujo de la
figura anterior.

De ello resultan:

? 2 fuerzas A1 y A2 paralelas en
el mismo sentido, que tienden a desplazar al rotor con un
movimiento de traslación en la dirección del
viento.

Estas fuerzas de sustentación crean un par motor
que tiende a girar al rotor en un plano perpendicular a la
dirección del viento.

Si se dejan libres las palas, bajo la acción de
las fuerzas S1 y S2, el rotor girará
. A partir de este instante, lo que ha sido explicado hasta
aquí, se modifica sensiblemente , ya que el viento que
"choca" la pala será composición de la
acción real del viento y la acción del viento
creado por el giro de las palas. Este viento resultante se
denomina viento aparente o relativo. Su notación en la
pala es Vr.

Ahora bien, el viento creado por el movimiento de
desplazamiento de la pala varía a lo largo de la misma, en
todos sus puntos proporcionalmente a su distancia al eje de
rotación.

Por otra parte, esta velocidad es proporcional a la
velocidad de rotación.

U: Velocidad del viento por el empuje de la
pala

r: Distancia desde el punto considerado hasta el
eje de rotación

ý: Velocidad de rotación
(rad/s)

V: Velocidad de rotación (rpm)

Remplazando:

r = 2,45 m

n = 350 rpm

Resultado:

U = 89,8 m/s

Consideremos ahora un elemento de pala (una
sección recta de la misma) en la cual la velocidad U pueda
considerarse constante.

En nuestro caso: La velocidad relativa se obtiene
como continua:

Remplazando:

U = 89,8 m/s

v = 7 m/s

Resultado:

Vr = 90,07

El ángulo de ataque es siempre el ángulo
formado por la pala y la dirección del viento aparente.
Por tanto, variará a lo largo de la pala.

Igual que antes, la resultante de las fuerzas aplicadas
a este elemento de pala es perpendicular a la pala y puede
descomponerse en dos fuerzas, S y A:

S: fuerza de sustentación, perpendicular a la
dirección del viento relativo.

A: fuerza de arrastre, de sentido igual al del viento
aparente.

Se obtiene, por tanto, la representación que
sigue a continuación, para el elemento de pala
considerando, a la distancia r del eje de
rotación.

Pero lo que realmente interesa, son los componentes
útiles en el plano de rotación.

Componentes útiles en el plano de
rotación.

Fz es la fuerza propulsora

Fx es una fuerza inútil que tiende
a desplazar al rotor en el sentido del viento.

Observaciones:

El ángulo formado por la pala y el plano de
rotación se denomina ángulo de calaje, y su
notación es "Ú". No debe confundirse con el
ángulo formado por la pala y la dirección del
viento aparente, denominado ángulo de ataque, que
denotaremos por "Ú".

Los valores que
hay que calcular son los de las fuerzas S y A tal como se ha
visto anteriormente.

g: Aceleración de la gravedad
(9,81m/s?)

mo: Masa volumétrica o
densidad del aire (1,25 kg/m3)

S: Superficie del elemento de la pala
(proyección de la superficie sobre el plano perpendicular
a la dirección del viento aparente).

Vr: Viento aparente (m/s)

Cx y Cz: Determ. en
túneles aereodinámicos.(fig/ant)

de la forma general KSV?.

Remplazando:

Ú = 12?

Cx = 0,025

Cz = 0,8

m0 = 1,25 kg/m3

g = 9,81 m/s?

S = 0,7375 m?

Resultado:

S = 2991,5 nt Con A y S obtenemos R = 2994,96
nt

A = 93,5 nt

Polar de un perfil:Ó en función de
Cx y Cz.

Fz : S sen (Ú + Ó) – A cos
(Ú + Ó) Ú + Ó =
Ý

Fx : S cos (Ú + Ó) + A sen
(Ú + Ó)

El par para este elemento de la pala considerado
será igual a:

C=r[S*sen(Ú+Ó) –
A*cos(Ú+Ó)]

Luego el par motor de toda la pala será igual a
la suma de todos los pares motores elementales a lo largo de la
pala, teniendo en cuenta que varía desde el origen hasta
los extremos de la misma.

Descomposición de los vectores en la
pala utilizada.

Se puede demostrar que el rendimiento de un elemento de
pala, que es igual a la relación entre la potencia
recuperada y la potencia proporcionada por el viento, es
función de la relación Cz/Cx
, la cual, a su vez, función del ángulo
Ó.

La gráfica que se da a continuación
representa la variación de la relación S/A
(Cz /Cx), en función de
Ó.

La función S tiene un máximo.

Existirá pues, para cada proporción
elemental de pala, un ángulo de ataque óptimo. Esto
explica que para optimizar el rendimiento de una pala es
necesario variar el calaje a lo largo de la misma, es decir,
hacer una pala de superficie alabeada.

3.2. EL AEROMOTOR
DESCRIPCION.

3.2.1.LAS PALAS DEL AEROMOTOR.

Las palas son una parte muy importante del aeromotor. De
su naturaleza
dependen el buen funcionamiento y la duración de la vida
de la máquina, así como su rendimiento.

Hay muchos elementos que caracterizan estas
palas:

– longitud

– anchura

– perfil

– materiales

– número

Entre estos elementos, algunos se determinan por la
hipótesis de
cálculo: potencia y par. Por orden de
importancia son: longitud, perfil y anchura.

Los otros se eligen en función de criterios tales
como: coste, resistencia a las
condiciones climáticas de trabajo,
etcétera.

El organigrama muestra el esquema para la
determinación de los elementos del aeromotor.

3.2.1.1. La longitud de las
palas.

El diámetro de las palas está en
función de la potencia deseada. La determinación de
éste, fija también la frecuencia de rotación
máxima, que la hélice no deberá pasar para
evitar las tensiones en la punta de las palas, debidas a la
fuerza centrífuga. Es esencial tener en cuenta la fatiga
de las palas y los riesgos de
vibraciones, sobre todo para las palas muy largas.

Organigrama para la determinación de los
elementos de aeromotor.

Las velocidades de giro que se dan en la tabla definen
la envolvente representada en el siguiente
gráfico.

Velocidad máxima de un aeromotor en
función de su diámetro.

Además de estas velocidades máximas, la
que se elija tener en cuenta la relación entre la
velocidad en la punto de la pala U y la velocidad del viento
natural o real V.

Esta relación determina, en efecto, el
rendimiento de la hélice en relación al
límite de Betz, según el tipo de
máquina.

Rendimientos de diversos tipos de
aeromotores.

3.2.1.2. El perfil.

Se elige función del par deseado, cada perfil
proporciona, para el ángulo de ataque óptimo un par
función de Cz y de Cx, (Despreciable
ante Cz para el ángulo de ataque
óptimo).

Cuando ya se ha elegido el perfil y la velocidad de giro
para la velocidad nominal del viento, se determina el
calaje.

Para la mayoría de aeromotores de mediana y
pequeña potencia las palas no están alabeadas, es
decir, el ángulo de ataque sólo es óptimo
para una sección de la pala, situada entre la mitad y los
dos tercios.

Sin embargo, la mayoría de los aeromotores de
más de 100 KW tienen las palas alabeadas.

Las características de los perfiles se determinan
en el túnel aerodinámico. Estos datos son
constantes estudiadas en especial para la aviación militar
y comercial. A Cada perfil se le asocia generalmente el nombre
del laboratorio y
un número de referencia.

Perfil de la pala proyectada.

3.2.1.3. Anchura. (longitud de la cuerda del
perfil).

La anchura de las palas no interviene en la potencia del
aeromotor, que esta en función de la superficie barrida.
La anchura interviene en el par de arranque (que son dos fuerzas
de igual magnitud y sentido opuesto, cuyas líneas de
acción son paralelas pero no coinciden. Estas no producen
traslación, el único efecto del par es la
rotación) que será mayor cuanto más ancha
sea la pala, pero para obtener velocidades de rotación
elevadas se prefieren las palas finas y ligeras. Entonces el
resultado será s un compromiso entre estos dos
factores.

? Materiales.

Contrariamente a lo que se cree frecuentemente, no es la
propia aerodinámica en donde está la dificultad,
sino en la construcción y la resistencia de
los materiales de
la pala.

En todos los aeromotores actuales, se está
estudiando el método de
construcción de las palas que se deben hacer para aumentar
la seguridad del
funcionamiento, manteniendo los precios, sin
que las máquinas se transformen en prototipos eternos que
no puedan comercializarse.

Los materiales
utilizados en las palas son esenciales tanto como el sistema de
regulación, opinamos que son los dos elementos
básicos que definen la calidad del
aeromotor.

El material utilizado para las palas debe responder en
los aeromotores modernos a frecuetes elevaciones de
rotación y a otras exigencias, a veces
contradictorias:

– Ligero.

– Perfectamente homogéneo para facilitar la
producción en serie.

– Indeformable.

– Resistente a la fatiga mecánica ( en
particular a las tensiones alternas debidas al funcionamiento
de los rotores y las vibraciones).

– Resistente a la erosión
y a la corrosión.

– De uso y producción sencillos.

– Coste bastante bajo para que el aeromotor se pueda
construir y vender.

Actualmente se encuentran cuatro tipos de materiales
para hacer las palas de la hélice.

Madera.

Presenta ciertas ventajas: Es sencilla, ligera,
fácil de trabajar y resiste bien la fatiga.

La falta de homogeneidad obliga a los constructores a
elegir las palas en función de su masa, la cual puede
variar a lo largo del tiempo de diferente manera para dos palas
iguales cuando están en servicio.

Estas variaciones de masa y estas deformaciones son el
origen de vibraciones destructoras para los
aeromotores.

El nogal y la haya son las dos maderas más
utilizadas en la fabricación de las palas, pero el nogal s
una madera escasa,
por lo tanto cara, sobre todo si se quieren hacer palas de una
longitud superior a 2 metros.

Para conservar las ventajas de la madera y
reducir los inconvenientes, se puede recurrir a tratamientos o
protecciones de la madera antes o después de hacer la
pala:

– Chapas encoladas o chapas con baquelita;

– Protección contra la humedad por tratamiento
hidrófugo;

– Protección del borde de ataque por un perfil
pegado (o clavado);

– Protección total por un recubrimiento
ligero;

– Por revestimiento sintético duro
(resínas de poliéster);

– Por revestimiento de neopreno.

Metal.

Por lo general en las palas se emplea una
aleación ligera con silicio o con magnesio, ya que con
estos materiales se pueden obtener costes muy bajos si se
producen grandes series (aluminio
moldeado, hilado o repujado).

Sin embargo, hay que destacar que el aluminio resiste
bastante mal la fatiga, lo cual limita su empleo.
También existen materiales ligeros con
características mecánicas superiores, pero su coste
hace su empleo difícil.

Materiales sintéticos, resinas, fibras y
otros.

Algunos aeromotores funcionan con palas de materiales
plásticos
(10 KW bipala, fabricado en Alemania
Federal, bajo la dirección de M.U. Hutter, Lübing),
pero estos materiales, siendo muy interesantes en ciertos
aspectos, como :

– poco peso;

– insensibilidad a la corrosión;

– buena resistencia a la fatiga,

presentan ciertos inconvenientes que podrían
reducirse:

– coste elevado;

– falta de homogeneidad en la construcción; las
características dimensionales pueden variar de una pala a
otra.

Los aeromotores realizados por ERDA en
colaboración con la NASA, estan equipados con palas de
fibra de carbono,
según la tecnología utilizada
en los helicópteros.

Palas compuestas.

Las palas con diferentes materiales son una buena
solución, en particular para los aeromotores de
pequeña y mediana potencia. Ejemplos:

Aleación ligera + espuma de
poliuretano;

Aleación ligera + poliéster y fibra de
vidrio;

Madera + polié?ter;

Madera + metal.

Las palas son la parte del aeromotor que sin duda tienen
que evolucionar más.

3.2.1.4. Número de
palas.

Aeromotor con par de arranque elevado. Son las
hélices multipalas conocidas por todo el mundo para el
bombeo de agua y cuyo para de arranque es proporcional al
número de palas y al diámetro. Su rendimiento
respecto al límite de Betz es pequeño, puesto que
la velocidad de la punta de la pala está limitada, su
diámetro máximo es de 8 metros.

Aeromotores denominados "rápidos".
Generalmente son bipalas o tripalas; el número de palas no
tiene influencia en la potencia proporcionada, sino que es
función de la superficie barrida por el rotor.

La máquinas que se construían antes eran
generalmente tripalas, pero en la actualidad suelen ser bipalas,
aunque sean de pequeña o gran potencia.

BIPALA

Nota: La hélices monopalas con contrapeso
permiten mejorar el rendimiento, pero los problemas de
vibraciones son muy difíciles de evitar.

3.2.2. SISTEMAS DE
PROTECCION.

Cualquiera que sea el tipo de aeromotor es necesario,
para evitar su destrucción cuando los vientos son
demasiados fuertes, que esté provisto de un sistema que
permta disminuir las tensiones mecánicas en la
hélice.

3.2.2.1. Sistemas de frenado.

3.2.2.1.1. Sistemas de frenado
manual.

Es el método
más simple para proteger la hélice de la
destrucción. Cuando el viento alcanza una cierta fuerza un
operador detiene el rotor con ayuda de un freno,
poniéndolo paralelo al viento (en bandera) o modificando
el ángulo de calaje de las palas para obtener un par motor
nulo (este es el sistema más eficaz).

En nuestro caso aplicaremos un sistema de frenado
utilizado en el tren trasero de los automoviles Volkswagen, este
sistema conocido trabaja por medios mecanicos, como sera de
conocimiento
este sistema es de freno es de tambor aplicado sobre
balatas.

3.2.2.1.2. Sistemas de frenado
automático.

Los medios citados pueden automatizarse mediante la
acción del viento sobre un "pala" de mando.

La pala anexa está paralela y es solidaria al
plano de rotación de la hélice.

Cuando la presión del viento sobre la pala
alcanza un cierto valor, acciona mecánicamente una leva
para poner en bandera al rotor o frenar el eje de giro ( la
presión del viento es proporcional al cuadrado de la
velocidad V y a la superficie de las palas S; P = KSV?; K ~
0,9).

El dispositivo precedente puede asociarse a un resorte
que ponga en funcionamiento (posición inicial), al
aeromotor cuando la velocidad del viento esté por debajo
de la velocidad máxima que puede aguantar el
aeromotor.

Incluso la acción en este caso puede ser
progresiva. en efecto, el ángulo que forma el plano de la
hélice con el viento, depende de la presión sobre
la pala y la velocidad de rotación disminuiría
hasta cero cuando el ángulo pase de 90? a 0?.

Estos sistemas no pueden utilizarse más que con
los aeromotores cuya velocidad de giro no debe ser constante. Por
otra parte, presentan el gran inconveniente de interrumpir el
funcionamiento del aeromotor más allá de una cierta
velocidad del viento.

Estos son los sistemas de regulación más
utilizados en los aeromotores de bombeo, en los cuales la
constancia de la velocidad de giro así como el rendimiento
no son importantes, ya que el agua puede
almacenarse fácilmente.

3.2.2.2. Sistemas de
regulacion.

Se revisará rápidamente algunos tipos de
regulación. Al ser estos altamente costosos no se
realizarán en la práctica de instalación en
zonas rurales.

Sistemas de regulación por freno
aerodinámico centrífugo.

(perfil y calaje constantes).

– Regulador patentado, utilizado por el aeromotor
WINCHARGER.

– Las palas principales están fijas (calaje
constante).

– La regulación dispone de dos paletas,
P1 y P2, articuladas en O1 y
O2 , sobre un soporte perpendicular al eje de las
palas principales. Estas paletas tienen la parte delantera un
poco más larga y pesada que el posterior. Se mantienen
en la posición inicial mediante los tensores
t1 y t2 y los muelles ajustados
x1 y x2.

Hasta una velocidad de giro determinada f0
(es decir, la velocidad del viento correspondiente a
V0), las paletas están en posición
concéntrica. Actuando como un volante de inercia, tienden
a mantener estable la velocidad de giro cuando la velocidad del
viento varía durante breves momentos (pequeñas
ráfagas).

Las palas que tienen un calaje fijo aumentan su
velocidad de giro con la del viento; cuando esta velocidad
sobrepasa V0 la velocidad de giro sobrepasa
f0 y la fuerza centrífuga y la presión
del aire sobre las paletas son preponderantes. Las paletas
P1 y P2 giran alrededor de O1 y
O2 y toman la posición correspondiente al
frenado.

Sistema de "regulación" por
disminución de la sección de la hélice, ya
sea total o parcial, mediante una pala auxiliar.

Entonces la velocidad de giro disminuye y la fuerza de
los muelles x1 y x2 vuelve a ser
preponderante, volviendo las paletas a la posición
inicial. Si el viento es siempre superior a V0 el
proceso vuelve
a comenzar, aceleración, abertura, frenado, vuelta a la
posición inicial, etcétera.

De hecho el movimiento real no comporta más que
pequeñas oscilaciones alrededor del punto de
equilibrio. Las paletas en funcionamiento parecen conservar
una posición de equilibrio
fijo, pero la velocidad de giro no es muy estable para toda la
gama real de vientos.

Además de este sistema de regulación, debe
instalarse un freno para poder
inmovilizar al aeromotor en caso de temporal, de parada de
urgencia o de no utilización.

3.2.2.2.1. Utilización de la torre abatible
como freno.

Sistema de frenado aprovechando la torre
abatible.

Se tratara de hacer una innovación más práctica para
frenar o desactivar el giro del aeromotor.

Aprovechando el movimiento de la torre de tipo
basculante, se desactivará el aeromotor por causas de
viento fuerte, clima
desfavorable, cese de actividad o parada de urgencia.

Este sistema es una variante del frenado
automático visto anteriormente. Con una aplicación
menos complicada.

3.2.4. DISPOSITIVO DE
ORIENTACION.

Los aeromotores de eje horizontal necesitan una
orientación permanente de la máquina en una
dirección paralela a la del viento para disminuir los
esfuerzos y las pérdidas de potencia.

Características del aereogenerador
proyectado.

Existen muchos dispositivos de orientación,
elegidos generalmente de acuerdo con la potencia del aeromotor.
Son parte importante del buen rendimiento de la
instalación eólica.

Los aeromotores de eje horizontal están sometidos
a fuertes esfuerzos durante los cambios bruscos de
orientación, originados por los cambios de velocidad y
dirección del viento. Estos esfuerzos son mayores cuanto
mayores sean las aceleraciones que se producen en un cambio de
dirección.

La componente perpendicular al eje de rotación de
la hélice es proporcional al cuadrado de la velocidad de
giro alrededor del eje principal ( en rad/s).

Los cambios de dirección y las variaciones de
frecuencia de rotación provocados por las ráfagas
son el origen de vibraciones nefastas para el buen funcionamiento
del aeromotor.

El sistema de orientación deberá cumplir
con la condición necesaria de mantener el rotor cara al
viento sin provocar grandes cambios de dirección del rotor
cuando se produzcan cambios rápidos de la dirección
del viento.

Para los aeromotores de pequeña y mediana
potencia, cuya hélice está situada cara al viento,
el dispositivo de orientación es una cola, constituida
generalmente por una superficie plana (placa metálica o de
madera) situada en el extremo de un soporte unido al cuerpo del
aeromotor.

La condición antes descrita se obtiene por la
determinación de la superficie de la cola sobre la cual se
ejerce el par de giro.

Esta superficie se determina experimentalmente situando
la máquina prototipo en un lugar donde la corriente de
aire está perturbada y buscando la superficie
óptima de la cola.

Cuando la cola se sitúa en el eje aeromotor, la
longitud de soporte juega una función importante, puesto
que cuanto más largo sea menos se situará en la
zona de turbulencias del aeromotor, originadas por el giro de la
hélice.

Para evitar que la cola este situada en la zona de
turbulencias debidas a la rotación de la hélice
(una distancia igual a 6 o 10 veces el diámetro), algunos
constructores (Aerowatt), después de haberlo ensayado en
túneles aerodinámicos, han equipado a sus
aeromotores con colas cuya parte útil está situada
fuera de las perturbaciones.

Dispositivo de orientación para aeromotores
de cara al viento.

Para adaptar esta cola a lugares perturbados, el mismo
constructor ha hecho una cola cuya superficie varía en
función de las solicitudes originadas por los cambios de
orientación del viento. La parte útil de la cola
está constituida por una parte fija y una parte
móvil articulada a la anterior mediante un material
elástico.

En el caso de que se produzcan cambios de
dirección del viento, la parte móvil gira,
disminuyendo así el para de giro y por consiguiente la
velocidad angular de orientación es menor así como
los esfuerzos.

Las colas, que son muy eficaces, son muy
difíciles de poner en práctica por causa de su peso
y sus dimensiones en los aerogeneradores cuya hélice tenga
un diámetro superior a 20 m (dimensión que
corresponde a un potencia cercana a los 100 KW para una
máquina con una velocidad nominal de 11m/s y un
rendimiento del 65% con relación al de Betz).

La mayoría de los aeromotores destinado a
instalaciones de pequeña potencia (P < 10 KW) funcionan
con la hélice situada contra al viento y están
equipados con la cola orientadora.

Los aeromotores cuyo diámetro es superior a los
20 metros funcionan generalmente con la hélice a favor del
viento, es decir, con ésta detrás de la torre de
sustentación. Desgraciadamente, éste sistema de
orientación implica un funcionamiento de la hélice
que crea esfuerzos periódicos destructivos.

CAPITULO IV

4.0. COMPLEMENTOS PARA LA UTILIZACION DE ENERGIA
EOLICA.

4.1. EL GENERADOR ELECTRICO Y EL
MULTIPLICADOR.

4.1.1. EL GENERADOR ELECTRICO.

El aereomotor puede accionar directamente o
indirectamente (a través de un multiplicador), dos tipos
de generador eléctrico:

– Generador de corriente contínua
(dínamo).

– Generador de corriente alterna
(alternador).

Estos transformarán la energía
mecánica en energía eléctrica, teniendo en
cuenta las pérdidas ocurridas dentro el
generador.

La fórmula de la transformación de
energía es:

Cu*2Ò*n

Cu: par del aereomotor (N*m)

n : velocidad de rotación (rpm)

i : Corriente proporcionada por el aereogenerador a una
tensión U

4.1.2. GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA.
(Dínamo).

La máquina está formada por dos partes
bien diferenciadas:

– El cicuito magnético (bobina de inducción) que crea un campo de inducción en el entrehierro y recibe el
nombre de inductor.

– El bobinado de inducido en el que se recupera
la energía eléctrica producida por la
rotación del rotor accionado por el aeromotor.

Para recuperar esta energía, el inducido va
provisto de un colector, que en la mayoría de los casos va
provisto por dos sectores aislados de 180?.

Dos escobillas, situadas una frente a otra, se ponen en
contacto suscesivamente con el sector A despúes con el
sector B, lo que permite que la corriente circule siempre en el
mismo sentido en la utilización. En relidad, el colector
consta de un gran número de sectores, que corresponden a
otros tantos conductores, pero su papel es el
mismo: hacer circular una corriente de igual sentido por todos
los conductores de un mismo polo.

Si se considera que ese flujo producido por la bobina de
exitación es constante (máquina compensada), la
corriente proporcionada es proporcional a la velocidad de
rotación. La relación entre la tensión en
bornes de la máquina y la corriente es:

u = E – R * i

E: fuerza electromotriz de la dínamo.

R: resistencia de inducido.

i: Corriente sumunistrada a la carga.

Sección de un generador de continua,
dínamo.

Inducido simplificado de una
dínamo

4.1.3. GENERADOR SINCRONO DE CORRIENTE
ALTERNA.

La máquina consta de las siguientes
partes.

– La bobina de excitación que crea el campo
magnético en el cual el entrehierro es móbil,
es el rotor accionado por el aeromotor. Puede ser de dos
tipos:

? Rotor bobinado alimentado por dos colectores
continuos en los que la corriente circula siempre en el mismo
sentido.

? Rotor de imanes permanentes, con lo que se
suprimen escobillas y colectores, que pueden ser causa de
averías.

– El inducido, en el que se recupera la
energía, solidario a la carcasa, y conectado a la
utilización. Este al estator , y puede ser
monofásico o trifásico. El trifásico
permite obtener una tensión alterna casi sinuosidal
(curva representativa de los valores del seno) y, por tanto,
mejor rendimiento.

4.1.4. Ventajas e
inconvenientes.

El principal inconveniente de la dínamo es la
presencia de escobillas y colectores, que requieren un
mantenimiento periódico.
Por otra parte, la dínamo es más pesada y cara que
un generador de corriente
alterna.

Pero no necesita ningún dispositivo complicado
para la carga de baterías.

Un simple diodo, (valvula de vacio termodiónica
formada por dos electrodos; conectada a un circuito permite el
paso de la corriente en un solo sentido), que soporte la
intensidad nominal de la dínamo, será suficiente
para evitar que la batería pueda ser cortocircuitada por
el inducido, cuando esté parado.

El alternador, principalmente del tipo de rotor de
imanes permanentes, presenta muchas ventajas. Su mantenimiento es
nulo debido a la total ausencia de piezas en rozamiento. Para una
misma potencia es más ligero y
económico.

Pero debe girar a una velocidad más elevada y
más estable que la dínamo (en general 3000 rpm) y
además requiere un rectificador para la carga de
baterías. A pesar de los inconvenientes propios de
alternador, su utilización está generalizada,
excepto para aeromotores de pequeña potencia, en los que
la estabilidad de la velocidad de rotación no es
suficiente.

En general , se utilizan alternadores trifásicos
de imanes permanentes.

4.1.5. El multiplicador.

Se comprobó que el empleo de alternadores obliga
a utilizar un multiplicador.

Efectivamente, los rotores de diámetro superior a
los 5 metros, tienen velocidades de rotación demasiado
bajas (<200rpm) para poder accionar
directamente un alternador clásico.

Por tanto, para estas máquinas, es imprescindible
intercalar un multiplicador entre el aeromotor y el
generador.

Hay tres tipos de multiplicador que pueden utilizarse
con los aeromotores:

– El más sencillo es el multiplicador de
engranajes, de uno o varios ejes de ruedas dentadas
cilíndricas. Es económico, pero de
construcción embarazosa para conseguir relaciones de
multiplicación elevadas.

– El empleo de trenes planetarios permite obtener
multiplicaciones elevadas en un espacio reducido. La
repartición de pares y esfuerzos entre varios satélites, así como la
disposición coaxial, (perteneciente al eje o
concerniente a él), de los ejes de entrada y salida
facilitan una construcción compacta y relativamente
ligera. Los satélites, arrastrados por un tren,
engranan por una parte con el piñón colocado en
el eje de salida, y por otra con una corona exterior fija. El
eje de entrada es solidario con el tren que mueve
satélites.

– El reductor de acoplamiento cónico, permite
disponer el eje de salida perpendicular al de
entrada.

En todos los casos, las dientes helicoidales aseguran un
mejor rendimiento y también un funcionamiento más
silencioso.

Nota: Se han realizado algunos sistemas para aumentar la
velocidad de rotación del generador, sin multiplicador,
como pueden ser:

– Hélices de contrarotación.

– Empleo de la elevada velocidad periférica del
rotor (rotor con llanta),

pero estos sistemas nunca han pasado del estado de
prototipo.

Tipos de multiplicadores.

4.1.6. RECUPERACION DE LA ENERGIA EN EL SOPORTE
FIJO.

4.1.6.1. Máquinas sin
multiplicador

El generador eléctrico está siempre
colocado en la parte móvil de la máquina. La
energía eléctrica se transmite al soporte fijo
mediante un conjunto de colectores y escobillas, generalmente
sobredimensionados para evitar pérdidas inútiles
por resistencia en los contactos demasiado elevada.

4.1.6.2. Máquinas con
multiplicador.

En este caso, puede estudiarse la solución del
multiplicador colocado en la base, sobre todo para la
recuperación de la energía mecánica. El
multiplicador tiene entonces dos ejes perpendiculares, el eje
horizontal y el vertical. Pero los problemas de estancamiento en
el eje vertical son graves. En el caso de recuperación de
energía eléctrica, interesa siempre utilizar el
sistema de colectores escobillas.

4.1.7. PROTECCION CONTRA LOS
RAYOS.

Los aerogeneradores se colocan generalmente en puntos
elevados, y además deben ser más altos que los
obstáculos de sus alrededores. Por tanto, frecuentemente
constituyen los puntos de descarga de electricidad estática
durante las tormentas.

Aunque, por propia constitución el generador está
protegido contra las descargas eléctricas, por estar
encerrado en una estructura
metálica conectada a tierra (caja
de Faraday), la instalación a la que está conectada
puede ser destruida por las sobretensiones que se propagan por el
cable eléctrico de alimentación colocado
entre el aerogenerador y la utilización. El generador
eléctrico puede resultar dañado por
contracorriente, en caso de que la utilización quede en
cortocircuito.

Por tanto, para emplazamientos expuestos a posibles
descargas atmosféricas, es indispensable:

? Conectar la torre soporte a una buena toma de tierra
(inferior o a igual a 3 Û).

? Colocar disyuntores de gas en el punto
de conexión de la utilización, con los cables
eléctricos del aerogenerador. La tensión de
cebado de los disyuntores debe ser aproximadamente el doble de
la tensión máxima del generador
eléctrico:

– dínamo: tensión en vacío X
2;

– alternador: tensión eficaz en vacío X
2.

Estos disyuntores deben estar conectados a la toma de
tierra por una línea lo más directa
posible.

4.2. SOPORTE PARA
AEROGENERADORES.

Los aeromotores de pequeña y mediana potencia,
pueden estar colocados en dos tipos de soporte:

? Soportes autoportantes:

– Estructura
metálica.

– Tubulares.

– De hormigón.

? Soportes atirantados

– Estructura metálica.

– Tubulares.

4.2.1. LOS SOPORTES ATIRANTADOS
ABATIBLES.

El empuje en la parte superior del soporte es debido
principalmente al arrastre del rotor, sobre todo si el sistema de
regulación empleado es de arrastre máximo, cuyo
valor es:

T: Empuje en la parte superior del soporte
(newtons)

m: Masa volumétrica o densidad del aire
(1,25 kg/m3)

S: Superficie barrida por el rotor
(m?)

V: Velocidad del viento (m/s)

Cx: Coeficiente de empuje.

Remplazando:

S = 0,7375 m?

V = 7 m/s

Cx = 0,025

Resultado:

T = 0,56 nt

Siempre que el terreno lo permita, es aconsejable
utilizar un soporte atirantado basculante, que facilite el
mantenimiento del aeromotor y del mismo soporte, en el suelo y
por tanto con una mayor comodidad y sin peligro.

Empleando elementos tubulares, muy utilizados en los
circuitos de
distribución, y las bridas de unión normalizadas,
la construcción de un soporte de hasta 15 m es simple y
menos costoso que el soporte autoportante.

Debe realizarse un atirantamiento con cuatro vientos,
inclinados 45?, un cable de acero
galvanizado, y de forma que el punto de anclaje sobre el soporte
sea lo suficientemente bajo para no impedir el giro del rotor. La
unión de los cables al suelo, debe hacerse a través
de tensores que permitan regular la tensión de cada
cable.

Cualquiera que sea el tipo de soporte utilizado, hay que
tener en cuenta:

– la protección contra la
corrosión;

– la facilidad de montaje y desmontaje de la
máquina;

– los riesgos de
la formación de hielo.

Dimensionado de soportes atirantados y
basculantes

? Nivelación de los puntos de anclaje al
suelo,

Nos referimos aquí a los cables que se emplean
para las maniobras de elevación y abatimiento de la torre
soporte. Se emplean dos cables laterales para guiar la
trayectoria de bajada y otros dos para subir o bajar el
soporte.

Los tensores permiten variar ligeramente la longitud de
los cables, pero es insuficiente, y por tanto es indispensable
colocar los cables laterales en el mismo plano horizontal que el
pie del soporte, y alinearlos con el eje de basculamiento de
dicho pie.

La posición del anclaje de los otros dos cables
es menos importante. en terreno inclinado, debe colocarse el
anclaje correspondiente al dispositivo de elevación
(torno de tambor o
cabría de fricción) en el punto menos elevado de
los dos, ya que así se disminuirá el esfuerzo
inicial.

Torre atirantada abatible.

4.3. DISPOSITIVOS DE
ALMACENAMIENTO.

Dado que una característica esencial del viento
es su discontinuidad en el tiempo, se han realizado diversos
estudios destinados a desarrollar sistemas que permitan almacenar
la energía producida por el viento y no utilizada
directamente durante los períodos de producción a
fin de restituir una parte, la mayor posible, durante los
días de calma.

Este aspecto de la energía eólica es,
aún hoy, uno de los que más frenan su desarrollo,
ya que este almacenamiento, tanto más importante cuanto
más irregular sea el régimen de vientos, constituye
frecuentemente una parte importante (> 20%) del costo de una
instalación de producción de energía
eléctrica a partir del viento.

En esta obra daremos, sólo a título
informativo, una breve descripción de los dispositivos de
almacenamiento, exceptuando las baterías de acumuladores
clásicos, que trataremos con más detalle ya que
siguen siendo el sistema más fácil y a menudo
más económico (relativamente) para almacenar
energía eléctrica en pequeña
cantidad.

Hay que remarcar que todos los dispositivos de
almacenamiento, incluidas las baterías de acumuladores,
tienen rendimientos entre el 70 y el 80%.

4.3.1. ACUMULADORES DE PLOMO.

El tipo de acumulador de plomo que conviene utilizar,
fué puesto a punto de 1860 por Planté. Desde
entonces no ha sufrido más modificaciones que las destinan
a mejorar sus prestaciones,
pero el principio de funcionamiento sigue siendo el
mismo.

? Construcción.

– El recipiente es de material aislante, vidrio o
plástico.

– Las placas están formadas por rejillas de
plomo-antimonio en las mallas de las cuales se encuentra la
materia
activa en forma de pasta.

Electrodo positivo-ánodo:75% de minio + 25% de
litargio.

Electrodo positivo-cátodo:25% de minio + 75% de
litargio.

– El electrólito es una solución de
ácido sulfúrico cuya densidad es máxima al
final de la carga ( 30%) y mínima al final de la
descargar ( 16%).

? Principio fundamental de
funcionamiento.

Durante la descarga, el ácido sulfúrico
del electrodo se descompone:

– por una parte, se forma agua y óxido de plomo
en el ánodo;

– por otra, en el cátodo, se acumula sulfato de
plomo insoluble.

Si la descarga es demasiado profunda, se forma sulfato
de plomo incapaz de descomponerse por reacción inversa
durante la carga, y las placas negativas se "sulfatan" (se
vuelven blanquecinas).

Durante la carga, el fenómeno es exactamente el
inverso,y cuando está del todo cargado se llega a la
electrólisis del agua con desprendimiento
de hidrógeno en el cátodo. Esquemáticamente
tenemos:

PbO2 + 2H2SO4 + Pb ?-?
PbSO4 + 2H2O

El electrólito, pues, participa estrechamente en
la reacciones.

Una particularidad del acumulador de plomo, es su
sensibilidad a la reacciones secundarias: acción del
ácido sulfúrico sobre el plomo y el óxido de
plomo, corrientes locales ocasionadas por la constitución heterogénea de las
placas, sobre todo en las placas positivas en las que la fuerza
electromotriz debida al contacto plomo-óxido de plomo es
elevada.

El resultado de todo es la autodescarga y
sulfatación progresiva de la placas.

Otra característica del acumulador de plomo es la
variación de materia activa
a lo largo del ciclo de carga-descarga:

– En la descarga, las placas casi duplican su volumen
inicial, por lo cual se corre el peligro de que la materia
activa se despegue en trozos y cree cortocircuitos en el
acumulador.

Todo lo expuesto hasta aquí tiene por objeto
dejar patente la importancia de la vigilancia adecuada del estado
de carga o descarga de una batería de plomo para
conservarla en buenas condiciones de funcionamiento, ya que una
carga o descarga excesivas provocan el rápido
envejecimiento del acumulador.

El rendimiento de la batería conveniente, cuando
las instalaciones se alimenten exclusivamente de la
energía almacenada en las baterías, distribuir la
descarga de las mismas, y no descargarlas simultáneamente
siempre que sea posible (ver también las
características de los fabricantes).

– Vida útil : 10 a 20 años según
la calidad de acumulador.

– Número de ciclos de carga durante la vida
útil del acumulador: ~ 1500.

– Resistencia interna de un elemento, siendo la masa en
kilogramos de un elemento de acumulador:
Ri¸0,08Û*1/m

– Masa : 1kg para 20 a 40 KW.

– Rendimiento-capacidad: Estas dos
características dependen en gran medida del
régimen de carga-descarga (valor típico para
cálculos: 80%).

Todos cuando antecede es cierto para los acumuladores
son preferibles las baterías de tipo estacionario o
semi-fijo de 2 V por elemento y no las baterías de
arranque (para automóviles), que tienen una vida
útil más corta, capacidad nominal más baja y
sobre todo, que soportan mal los ciclos de
carga-descarga.

CONCLUSIONES.

A pesar de los inconvenientes que presenta, en
particular la necesidad de no sobrecargarlo ni descargarlo en
exceso, el acumulador de plomo de tipo semifijo es actualmente el
mejor adaptado y más económico para su empleo con
aerogeneradores. Para minimizar las pérdidas de
rendimiento debidas al paso por el sistema de almacenamiento, el
usuario de energía eólica debe realizar la
instalación y adaptar su funcionamiento de manera que
puede utilizar el máximo de energía de salida del
aerogenerador.

Ejemplo:

En las zonas en que el viento sopla regularmente cada
día, puede aprovecharse el período de
producción de energía eólica para bombear
agua a un depósito situado por encima del nivel de
utilización, de forma que ésta se distribuya
después por gravedad.

Emplear los aparatos eléctricos (sierra,
taladro…):

? directamente desde la salida eléctrica del
aerogenerador, si éste nos proporciona corriente en
formato industrial (220 V o 380 V).

? o bien utilizando un convertidor (giratorio o
estático) conectado directamente a la salida del
rectificador.

Nota: Reposición de acumuladores de plomo de tipo
semifijo cuyas placas puedan sacarse del recipiente (generalmente
de vidrio).

Cuando las placas de una batería están
sulfatadas (tono blanquecino para las placas negativas y claro
para las positivas), puede conseguirse una des-sulfatación
con una serie de cargas a baja intensidad, reemplazando el
ácido por agua (destilado o de lluvia). Esta se enriquece
con ácido y antes de la puesta en servicio del elemento se
le añade el necesario para conseguir la
concentración adecuada.

Cuando se desea dejar una batería en reposo
durante varios meses, es necesario guardarla en estado de plena
descarga reemplazando el ácido por agua
destilada.

4.3.1.1. Determinación de la capacidad de
la batería de acumuladores.

Para garantizar el suministro de energía en la
utilización con un mínimo de discontinuidad, la
batería de acumuladores deberá estar correctamente
determinada. Para ello necesitamos conocer:

? Los datos meteorológicos del emplazamiento.
Cuanto más exactos sean estos datos, mejor será
la determinación de la batería de
acumuladores.

? La potencia del aerogenerador de que dispone la
instalación.

? La potencia media consumida por la
utilización (P). Esta potencia debe tener en cuenta
todos los aparatos alimentados con energía
eléctrica proveniente de la batería de
acumuladores, y sus turnos, es decir el número de horas
que funciona cada uno al día.

Todos los fenómenos que hemos citado, tienen
carácter aleatorio:

– la producción de energía es
discontínua;

– el consumo varía según los
días;

– el valor de la corriente dada por el aerogenerador,
depende del estado de carga de las baterías;

– además, se ha visto ya que la energía
restituída por la batería depende del
régimen de descarga;

– y, por otra parte, no toda la energía
producida pasa por la baterías y por tanto no queda
afectada por el rendimiento de éstas.

Para un dimensionado exacto, hay que recurrir a una
simulación de funcionamiento de la
instalación, mediante ordenador. Los datos esenciales son
las velocidades de viento que proporciona el SENAMHI, en formato
directamente aplicable al ordenador, siempre que estos sean
aplicables a nuestro emplazamiento. Estos métodos
requieren procesos
engorrosos y caros, y normalmente se recurre a cálculos
más sencillos, como el que describimos a
continuación:

Designemos por N1 el período
más largo durante el cual el viento ha sido inferior al
viento productivo (V<Vd) . No se tendrán en
cuenta aquellos períodos excesivamente largos que no se
repitan más de 4 veces durante un año, ya que el
hacerlo conduciría a sobredimensionar la batería,
con el consiguiente sobrecosto.

Y por N2 el período más largo
durante el cual el viento se ha mantenido entre el
productivo(Vd) y de nominal (Vn). Cuando el
viento alcanza la velocidad nominal o de regulación, el
aerogenerador da su potencia nominal.

En general se toma una autonomía para las
baterías, en días N, inferior o igual a 1,25
N1 :

N ? 125N1

En efecto, el coeficiente de N1 depende de la
importancia de N2 frente a N1.

Si N1 ¸ N2, los vientos
serán débiles muy frecuentemente, y por tanto
conviene tomar N¸1,25 N1.

Este valor de N nos permite calcular la capacidad de la
batería en watt-hora.

Capacidad de la batería:

CWh = N*24*Pm
(Pm=Potencia media total) Result: 8649
w/h

CWh = N*E (E=Energía
total)

Teniendo en cuenta la tensión Ub elegida par la
batería de acumuladores, en función de los aparatos
y de la tensión nominal del aerogenerador, la capacidad
vendrá dada por:

CAh = CWh/Ub

Resultado:

CAh = 360,375 amp/h

Esta capacidad debe ser compatible:

– Con la intensidad de corriente máxima que
puede suministrar el aerogenerador (Imax =
Pmax /Ub) que se debe ser inferior a CAh
/10.

Imax < CAh /10.

Resultado:

I max = 41,67 amp

41,67 < 36,0375

para las baterías de plomo;

– Con un coste y dimensiones aceptables para la
batería de capacidad suficiente para la autonomía
deseada de n días.

En caso en que el valor hallado para CAh se a
demasiado elevado, será necesario disponer de una fuente
de emergencia mayor, o buscar otro emplazamiento con
régimen de vientos más favorables, si es que es
posible.

4.3.2. CONTROL DEL ESTADO DE LA CARGA DE LA
BATERIA DE ACUMULADORES. CIRCUITOS ASOCIADOS (Control
manual).

4.3.2.1. Aerogenerador equipado con generador de
corriente continua.

Contiene los siguientes dispositivos de
protección, en serie con el circuito de carga de la
batería de acumuladores:

– Obligatoriamente, un diodo de potencia que evite que
la batería pueda descartarse a través del
generador, cuando esté parado por la falta de viento o
por estar frenado.

– Un interruptor y un fusible en el circuito de carga
del aerogenerador , que pueden estar colocados en la misma
caja. El interruptor permite abrir el circuito de carga, cuando
las baterías estén totalmente cargadas. El
fusible protege a los componentes en caso de falsas maniobras o
de fallo de un componente; debe estar calibrado en
función de la corriente máxima que puede
proporcionar el aerogenerador.

– Un interruptor y un circuito de utilización
(optativo) que proteja las baterías y el circuito
eléctrico en caso de cortocircuito prolongado en la
utilización.

– Dispositivo de control (optativos):

– Un voltímetro calibrado según la
tensión de la batería y que sirve para verificar
su estado de carga.

– Un amperímetro o testigo de carga montado en
serie en el circuito de carga, que permita medir la corriente
suministrada por el aerogenerador.

Empleando un amperímetro de cero central, podemos
medir la corriente suministrada por el aerogenerador y la
consumida por la utilización, pudiendo verificar
así los cálculos de autonomía.

Circuito de gobierno y
maniobra asociado a una aerogenerador con
dínamo.

4.3.2.2. Aerogenerador equipado con
alternador.

El diodo es sustituido por un rectificador
monofásico o trifásico según el alternador
utilizado.

Entre el alternador y el rectificador, puede
intercalarse un transformador para adaptar la tensión de
salida del alternador a la de la batería de
acumuladores.

En todos los casos, el estado de carga de las
baterías, debe ser comprobado periódicamente,
verificando la concentración del electrólito del
acumulador con un ácido graduado en densidad o en grados
Baumé .

Circuito de gobierno asociado
a una aereogenerador con alternador.

4.3.2.3. EMPLEO DE UN CONTADOR DE
AMPERIOS-HORA

Cabe mencionar que existe un mecanismo de control
automático, el cual es bastante complejo por lo cual
obviaremos su explicación en la tesina

Otra posibilidad, válida para cualquier tipo de
generador, consiste en emplear un contador reversible que nos
dé en cada instante el número de Ah almacenados en
la batería. Este contador va provisto de los
índices regulables que pueden colocarse en los niveles de
frecuencia elegidos como umbral de carga o descarga. Estos
índices, asociados a contactos, pueden
gobernar:

– Un contador.

– La puesta en marcha de la fuente de
energía.

– Una sirena…

Además , el contador está afectado por el
rendimiento de la batería, cuyo valor puede elegirse en el
momento de instalarlo.

Pero estos contadores presentan graves
inconvenientes:

– Son muy caros.

– No se adaptan más que a una determinada
capacidad de carga variables y que el rendimiento de la
batería decrece al envejecer ésta.

4.3.3. VALORES DE LAS TENSIONES DE FINAL DE CARGA
Y DESCARGA.

Las indicaciones más importantes vienen
especificadas por el fabricante: por una parte, para las
tensiones y, por otra, para la densidad
volumétrica.

Sin embargo, las siguientes indicaciones, permiten
conseguir una regulación adaptada al tipo de
utilización.

4.3.3.1. Valor de la tensión de final de
carga.

El valor de la tensión cuando "hierve" un
elemento acumulador de plomo de tipo semifijo es de 2,35 V
aproximadamente, a 25?C. SI se elige este valor como
límite de final de carga, el consumo de agua por
electrólisis será verdaderamente importante en caso
de largos períodos de viento. La elección del valor
umbral de final de carga, dependerá de las
características propias de la
instalación:

? El régimen de vientos: un régimen de
vientos regular permite acercarse al funcionamiento en
flotación y el nivel final de carga se alcanzará
difícilmente. Es el régimen de funcionamiento
más favorable, pero desgraciadamente no el más
generalizado. Un régimen de vientos irregular implica el
funcionamiento de la batería en ciclos de
carga-descarga. el nivel de final de carga se alcanza
frecuentemente, y es importante que la regulación
está bien hecha.

? Capacidad de la batería de acumuladores (C)
con relación a la corriente de la In del
generador. Cuanto mayor sea la relación C/In
, menor será el riesgo de que
la batería se sobrecargue en régimen de vientos
irregulares.

? Tipo de utilización. Es más favorable
un funcionamiento continuo que secuencial.

Por tanto el funcionamiento de la instalación
será más satisfactorio cuanto más regulares
sean el régimen de vientos y la utilización, ya que
entonces nos acercaremos más a una utilización
directa de la energía producida por el aerogenerador, sin
pasar por la batería de acumuladores.

Regla práctica: Para los emplazamientos en los
que predomine el funcionamiento por carga y descarga, se
ajustará el nivel de corte de la corriente de carga al
máximo en función del consumo de agua. Se ha visto
que el consumo normal de agua es aproximadamente de 0,18 litros
por mes para un elemento de 2 V y de 1000 Ah.

Cualquiera que sea el ajuste, es importante que al final
de la carga, la densidad del electrólito alcance el valor
especificado por el fabricante de la batería.

4.3.3.2. Valor de la tensión de final de
descarga por elemento.

Depende del tipo de acumulador empleado, pero para
acumuladores plomo de tipo semifijo es importante no descender
por debajo de los 1,8 V por elemento, para evitar la
formación de depósitos de óxido no soluble
en la recarga y, por tanto, una disminución importante de
la capacidad. El valor de 1,8 citado, es un mínimo para
una corriente de descarga inferior o igual a C/10 . Este valor de
tensión corresponde a una densidad volumétrica del
electrólito de 1180 kg/m3.

Además de los fenómenos de
oxidación, el electrólito de las baterías
descargadas se congela a temperaturas más altas.
Según el emplazamiento, el valor elegido como umbral de
descarga deberá tener en cuenta la posibilidad de
congelación del electrólito, que puede provocar la
rotura de los recipientes en los que están colocadas las
placas y el electrólito.

Por otra parte, este valor de 1,8 V por elemento puede
ser incompatible con el buen funcionamiento de los aparatos de
instalación; en tal caso, el final de descarga
vendrá evidentemente condicionado por el nivel de no
funcionamiento de los aparatos.

4.4. LAS FUENTES DE
EMERGENCIA.

Las fuentes de emergencia deben proporcionar
energía a la utilización en caso de ausencia de
viento o avería en el aerogenerador.

En algunos casos, no es posible cortar la alimentación de la
utilización aunque la batería está
totalmente descargada. Un ejemplo pueden ser las estaciones de
teletransmisión (teléfono, teleseñalización,
telecontrol,…).

Entre las estaciones alimentadas por un aerogenerador y
que dispongan de fuente de emergencia hay que distinguir aquellas
que tengan un consumo medio inferior a 4 A de las que la tengan
superior.

? En el primer caso, una batería de pilas
químicas, generalmente alcalinas (potasa) con
despolarización por aire, es la solución
más adecuada ya que es el tipo de pilas que
proporciona la energía eléctrica más
económica. Su vida útil, en servicio, es de 3
años.

La tensión nominal por elemento es de 1,2 V. La
tensión necesaria para el funcionamiento de la
instalación se consigue conectando en serie los elementos
necesarios.

La corriente nominal necesaria para la
alimentación de la utilización puede conseguirse
por conexión en paralelo de varias series de elementos.
Pero siempre es preferible emplear pilas que den la corriente
necesaria, para evitar que en la conexión en paralelo ,
unas series puedan descargarse en otras.

? En el segundo caso es necesario utilizar un motor
térmico, debiendo distinguir dos tipos:

– Motores de gasolina para pequeñas potencias
(1-2KW) y utilización poco frecuente.

– Motores diesel para potencias medias (3-20 KW) y
uso más frecuente.

En el caso en que la energía eólica se
emplee para alimentar una vivienda aislada, el grupo diesel
presenta la ventaja de adaptarse al consumo de los aparatos que
deben funcionar con corriente alterna y de potencia elevada. En
los otros casos, el grupo puede
usarse para recargar parcialmente la batería de
acumuladores.

Siempre que sea posible debe evitarse la
instalación de una fuente de emergencia, ya que son caras
y si la instalación está bien dimensionada, su uso
será muy poco frecuente.

CAPITULO V

5.0. UTILISACION DE LA ENERGIA ELECTRICA DE ORIGEN
EOLICO.

5.1. UTILIZACION DE LA ENERGIA
ELECTRICA.

Cualquiera que se el tipo de aparato alimentado por
energía eléctrica de origen eólico, se
caracteriza por tres parámetros:

? La naturaleza de la tensión de
alimentación y su valor:

– contínua

– alterna

– indistinta

? La potencia necesaria para su
funcionamiento:

– en el arranque

– en régimen normal

? El factor de utilización: porcentaje de
tiempo durante la cual el aparato está en funcionamiento
y eventualmente, la frecuencia de utilización. Estos
parámetros permiten definir:

– El aerogenerador;

– La batería de acumuladores;

– Los aparatos anexos a la
instalación;

– La fuente de emergencia en caso de haberla.

5.1.1. UTILIZACION DE LA ENERGIA EOLICA PARA USOS
DOMESTICOS.

En este caso el número y tipo de aparatos es muy
diverso, aunque para usuarios acostumbrados a vivir en sentidos
aislados puede establecerse una prioridad de necesidades en el
orden que se da a continuación. Este orden tiene en cuenta
criterios de control y no de consumo.

1. Iluminación de locales.

2. Suministro de agua corriente.

3. Refrigeración-Congelación.

4. Equipos musicales, receptores de radio y televisión.

5. Pequeñas herramientas
de taller y motores
eléctricos (circulares de calefacción, por
ejemplo).

6. Accesorios electrodomésticos.

Hay que resaltar que, excepto en emplazamientos muy
favorables (lugares muy ventosos), no se considera la posibilidad
de calefacción a partir de aerogeneradores.

Para satisfacer todas estas necesidades, existen dos
tipos de aparatos:

– Los comerciales de gran difusión, y por tanto
económicos, pero mal adaptados a esta utilización
y con rendimientos mediocres, y que normalmente se alimentan
con corriente alterna de 220 V y 50 Hz.

– Los mejor adaptados, a menudo más robustos y
caros, pero de difusión mucho menor.

Vamos a estudiar cada una de las necesidades en el orden
dado y a determinar los elementos para la elección de los
aparatos.

Iluminación.

Las lámparas de incandescencia clásicas,
que funcionan indistintamente con continua o alterna, se
encuentra con distintos tipos de casquillo B22 (bayoneta) o E27
(rosca) y potencias comprendidas entre los 15 y 100 W para las
tensiones siguientes: 12, 24, 48, 110-130, 210-230
voltios.

Los tubos fluorescentes pueden alimentarse con continua
a través de un convertidor o transistores a
una frecuencia de 16 Khz a partir de 12 V, 24 V o 110
V.

Vemos claramente que el rendimiento luminoso es superior
con tubos fluorescentes (para un mismo flujo luminoso constante,
la lámpara de incandescencia consume más del doble
de energía).

El costo inicial de instalación es muy superior
en el caso del tubo fluorescente, porque el convertidor es caro,
pero el costo de emplear un tubo fluorescente es
prácticamente el mismo que para la lámpara de
incandescencia.

Refrigeración-Congelación.

Los armarios frigoríficos o congeladores
más difundidos, van equipados de compresores
alimentados con corriente alterna. En el momento del arranque se
producen demandas de intensidad 4 a 10 veces superiores a la
nominal, lo cual es muy perjudicial si se emplean convertidores
de continua-alterna estáticos.

Es mucho más interesante emplear
refrigeradores-congeladores de absorción (sin motor) que
se encuentran con capacidades hasta de 250 litros y que funcionan
a 12, 24, 110 o 220 V de continua. Pero estos aparatos consumen
mucha energía (1 KWh/ días para 250
litros).

Existe finalmente otro sistema de refrigeración -congelación de
elevado rendimiento, empleando en las embarcaciones Este sistema
consta de un compresor, moviendo por un motor de continua , una
bomba que hace circular agua por el condensador, y la
generación de fría se consigue haciendo circular un
líquido por placas tipos radiador ( placas
frías).

La ventaja esencial de este sistema es que sólo
funciona 2 horas al día (una por la mañana y otra
por la tarde).

Equipos musicales, receptores de radio y
televisión.

El consumo de estos aparatos, actualmente de
transitores, es muy bajo.

Pueden utilizarse:

– De continua a 9 ó 12 V, bien sea directamente
o através de un convertidor continua-continua. Es el
caso de los receptores de televisión, que generalmente pueden
funcionar a 12 V.

– O de alterna, y su bajo consumo permite
alimentadores através de un convertidor (ondulador) de
continua-alterna de pequeña potencia (máximo
100W).

Pequeñas herramientas
de taller, motores eléctricos y
electrodomésticos.

Algunos aparatos van provistos de motores universales
que pueden funcionar tanto con corriente continua como con
alterna para una misma tensión, pero tienen muy poco
rendimiento.

Excepto para los circuladores de calefacción que
pueden encontrarse con motores de continua, es interesante que
estos aparatos funcionen 220 o 380 V 50 H :

– Utilizando un convertidor estático o
rotativo;

– Haciéndolos funcionar directamente a la
salida del aerogenerador, cuando sople el viento y proporcione
la tensión nominal de salida 220 V 50 H
monofásica ó 380 V 50 H
trifásica.

Nota: En caso de que el aerogenerador proporcione una
tensión alterna de las mismas características que
la de la red de
distribución, y que alimente aparatos directamente a la
salida de éste durante los períodos de
funcionamiento, es importante:

– No sobrepasar la potencia nominal del
aerogenerador;

– Vigilar las sobreintensidades de arranque
(mínimo, 4 veces superior a la intensidad nominal para
motores de pequeña potencia).

5.1.1.1. Estimación del gasto
energético en una casa de campo.

Esta estimación es puramente teórica,
basándonos en planos de instalaciones
eléctricas caseras. Tomando esto en cuenta
quizás en la práctica la diferencia se
mínima, ya sea favorable o no, pero, considerable desde el
punto de vista de reservas energéticas en los
acumuladores.

5.1.2. LOS CONVERTIDORES.

Los convertidores son de dos tipos:

– Continua-continua. Generalmente formados por
reductores o elevadores de tensión a transistores o
tiristores. Permiten adaptar la tensión de la
batería a la de utilización.

– Continua-alterna. Pueden ser ondulares
estáticos, a transistores o tiristores, o bien
convertidores rotativos.

Los onduladores a transistores o tiristores son: para
potencias inferiores o iguales a 1000 W y a transistores; para
potencias superiores se emplean tiristores. Estos onduladores
tienen un rendimiento cercano al 60% y son muy sensibles a las
sobrecargas. En particular, soportan mal las sobreintensidades de
arranque de los motores. Además, ellos mismos presentan
intensidades de arranque 5 a 6 veces superiores a la intensidad
nominal, lo que implica que los dispositivos de mando (fusibles,
seccionadores, contactores,…) deben estar bien
dimensionados.

Los convertidores rotativos. Esencialmente constan de un
motor de corriente continua acoplado a un alternador. La
tendencia es sustituirlos por los estáticos. En
ulizaciones con sobreintensidades de arranque frecuentes, pueden
todavía emplearse con ventaja. Pudiéndose comprar
fácilmente de ocasión.

CAPITULO VI

6.0. ANEXOS.

6.1. VALORACION DE LAS VELOCIDADES DEL
VIENTO.

Valoración de las velocidades del
viento.

6.2. DATOS METOROLOGICOS EN
ORURO.

REGISTRO EOLICO DIARIO

FECHA: 08-09/ABRIL/1995

ESTACION: Vinto (La Lama)

EQUIPO: Automatico SIAP

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 4.8 Velocidad máxima……..
6.3 Dirección…….. 186 Temperatura…… 7.8
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
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Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
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Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
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Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
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Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
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Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

Velocidad…….. 7.6 Velocidad máxima……..
11.5 Dirección…….. 186 Temperatura…… 8.3
Temp.max.diaria……… 20.1 Temp.min.diaria.. 1.2 Humedad
relativa. 25 Presión…………….. 646.8
Lluvia………… 0

6.3. BIBLIOGRAFIA.

? Machinery's Handbook (Erik Oberg y Franklin D.
Jones)

? Atlas de Meteorología (R. Candal
Vila)

? Prontuario de Meteorología y
Oceanografía (Serie KOEL)

? Enciclopedia Visual (Colección
EDUCAR)

? El hobby de la construcción (Campero di
Napoli)

? Manual Práctico del Automovil
(Colección CULTURAL)

? Diccionario de Sinonimos y Antonimos
(Colección CULTURAL)

Autor:

Aldo Barbera Saal – Erich Rude Cuzmar –
David Mercado
Mendoza

Tesis de graduación secundaria

Bolivia