Cálculo de la demanda de energía eléctrica de una vivienda con aplicación a la energía eólica
Resumen
Esta monografía
le ayudará a realizar estimaciones de consumos de
energía de una vivienda rural, urbana-rural o urbana,
así también conocerá la potencia y
costos del
aerogenerador estimado. Aprovechará el viento local de su
región y decidirá qué tipo de
instalación realizará y su costo.
Como ejemplo se tiene dos casos para estimar la demanda de la
energía
eléctrica de una vivienda: primer caso: A partir de
una localización que presenta una distribución de viento y un aerogenerador
con una determinada potencia nominal con su respectiva curva de
potencia; segundo caso: Se estima el consumo de
energía eléctrica de una vivienda a partir del cual
determinaremos la instalación adecuada.
Introducción
La Energía
Eólica
La energía eólica tiene una procedencia
directa de la energía
solar, entre el 1% y 2% de la energía solar que llega
a la Tierra se
convierte en energía eólica, una
característica fundamental de ese tipo de energía
es su gran aleatoriedad, por lo que resulta complicado estimar la
cantidad de energía eólica de la que vamos a
disponer en un intervalo determinado de tiempo,
además presenta una gran variación local, superior
a la de la energía solar.
Fig. Nº1
La energía eólica es la energía
cinética que posee una masa de aire que se
encuentra en movimiento,
asimismo la energía cinética del viento depende de
la densidad del
aire, es decir, de su masa por unidad de volumen, en otras
palabras, cuanto "más pesado" sea el aire, más
energía recibirá la turbina. Por lo tanto la
variable básica de la que debemos partir para estimar el
potencial eólico de un determinado emplazamiento, es la
velocidad de
viento.
Energía y potencia del
Viento
Una masa de aire m con movimiento uniforme
unidireccional de velocidad v que posee una energía
cinética, la expresión de esta ecuación
básica es:
(1)
donde:
Ec : Energía
cinética
m : masa de aire móvil
v : velocidad de masa de aire
Si ? es la densidad del aire de la
corriente uniforme, la energía por unidad de volumen de
esta masa es:
(2)
El flujo volumétrico Q a
través de una superficie de control
estacionaria de sección frontal A es:
(3)
El flujo de energía (flujo de aire
que atraviesa la superficie que cubre un aerogenerador) o
potencia eólica (potencia disponible en el aire) de la
corriente a través de A es:
(4)
donde:
P : potencia disponible en el
aire
A : superficie que cubre el
aerogenerador
v : velocidad del viento
? : densidad del aire 1,225
kg/m³
Fig. Nº2. Área A barrida
por el rotor de diámetro D.
Una turbina eólica nunca va a ser capaz de
extraer toda esta energía, por lo que es interesante
disponer de un factor que nos indique la eficiencia de una
determinada máquina. Ese factor es el coeficiente de
potencia Cp, que determina el rendimiento aerodinámico del
rotor. Es decir:
(5)
En forma teórica se ha obtenido el
máximo valor que
puede obtener este coeficiente que se denomina "límite de
Betz" y su valor representativo es del orden de
0,5926.
Fundamento
teórico
¿Cómo se aprovecha la energía
del viento?
En este apartado describiremos como distinguir entre los
sistemas que
están conectados a la red de transporte de
energía eléctrica (normalmente los grandes
aerogeneradores) y los aislados (normalmente pequeños
aerogeneradores).
Sistemas conectados a red. Como hemos indicado,
los sistemas conectados a red corresponden generalmente a grandes
generadores destinados a la producción de energía a gran
escala para su
venta a las
compañías eléctricas. En estos sistemas no
es necesario disponer de un sistema de
almacenamiento ya
que toda la energía que se genera, se envía a la
red de transporte. Sin embargo, existe una limitación en
la cantidad de potencia eólica que se puede conectar a
una red, debido
principalmente a dos factores:
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