Cálculo de la demanda de energía eléctrica de una vivienda con aplicación a la energía eólica
Enviado por Karina Pacco Ramírez
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:
| Página siguiente |