14. MÉTODO SIMPLE PARA LA ESTIMACIÓN DE LA POTENCIA DE UN AEROGENERADOR

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Esteban Belmonte Paz
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1 14. MÉODO SIMPLE PARA LA ESIMACIÓN DE LA POENCIA DE UN AEROGENERADOR S i bien existen softwares para el cálculo de la potencia de aerogeneradores, dicho cálculo también puede realizarse de manera económica, rápida y sencilla con el método que se desarrolla a continuación. Por otro lado, la confiabilidad del método fue comprobada al compararse los resultados con los obtenidos de los software Alwin y Windsite, concluyendo que las diferencias del cálculo de potencia entre éstos y el método son ínfimas (± 3%). La estimación de la potencia media de un pequeño aerogenerador teniendo en cuenta la velocidad anual del viento y las características del aerogenerador puede realizarse rápidamente a partir de la aplicación de algunas sencillas fórmulas y gráficos. Sólo se necesitan los siguientes datos: CÁLCULO DE LA POENCIA MEDIA CI = Cut in speed = velocidad de arranque del aerogenerador RS = Rated Speed = potencia nominal del aerogenerador (dado por el Fabricante) CO = Cut out speed = velocidad de parada del aerogenerador AA = Anual Average Wind Speed = velocidad media anual del viento Las relaciones siguientes dan las dos proporciones requeridas: CO RS AA RS CAPÍULO 14: ESIMACIÓN DE POENCIA DE UN AEROGENERADOR PEQUEÑO 203

Por otro lado, la confiabilidad del método fue comprobada al compararse los resultados con los obtenidos de los software Alwin y Windsite, concluyendo que las diferencias del cálculo de potencia

2 GRÁFICO 14.1 Con las relaciones antes mencionadas y el gráfico anterior, se determina la relación: Potencia media de salida potencia nomin al Una vez determinado dicho valor se debe multiplicar por la potencia nominal del aerogenerador. Este valor nos da la potencia media de salida, en función del aerogenerador puede ser en W, kw o MW CÁLCULO DE LA ENERGÍA ANUAL GENERADA Una vez obtenida la potencia media de salida del aerogenerador, se puede calcular la energía anual media de dicho aerogenerador, de la siguiente forma: CAPÍULO 14: ESIMACIÓN DE POENCIA DE UN AEROGENERADOR PEQUEÑO 204

determinado dicho valor se debe multiplicar por la potencia nominal del aerogenerador.

3 Al valor medio de salida se lo multiplica por los números de horas al año (24x365 = 8760 horas) y esto nos da la energía anual estimada en kwh/año CÁLCULO DE PORCENAJE DE FUNCIONAMIENO A POENCIA NOMINAL D atos necesarios: ELOCIDAD NOMINAL ELOCIDAD DE CORE DEL AEROGENERADOR ELOCIDAD MEDIA ANUAL Las relaciones siguientes dan las dos proporciones requeridas: C M N M Curva para determinar el porcentaje de tiempo a potencia nominal: GRÁFICO CÁLCULO DE PORCENAJE DE IEMPO DE FUNCIONAMIENO D atos necesarios: ELOCIDAD NOMINAL CAPÍULO 14: ESIMACIÓN DE POENCIA DE UN AEROGENERADOR PEQUEÑO 205

Las relaciones siguientes dan las dos proporciones requeridas: C M N M Curva para determinar el porcentaje de tiempo a potencia nominal: GRÁFICO 14.

4 ELOCIDAD DE ARRANQUE ELOCIDAD DE CORE DEL AEROG. ELOCIDAD MEDIA ANUAL Las relaciones siguientes dan las dos proporciones requeridas: C M Curva para determinar el porcentaje de tiempo a potencia nominal: A M GRÁFICO 14.3 CAPÍULO 14: ESIMACIÓN DE POENCIA DE UN AEROGENERADOR PEQUEÑO 206

proporciones requeridas: C M Curva para determinar el porcentaje de

5 E l siguiente ejemplo se diseñó para establecimientos con más de una vivienda y en función a tres velocidades del viento. Debe señalarse que la estimación de consumo horario se hizo en función al mes de Octubre (época de esquila en la Pcia del Chubut), dado que en este sistema se incluye la utilización de una máquina de esquilar de una manija de 12. ESABLECIMIENO CON DOS IIENDAS Y DOS GALPONES ivienda dueños: Cocina: 1 tubo fluorescente de 40W. Comedor: 1 tubo fluorescente de 40W. 2 Dormitorios: 1 tubo fluorescente de 20W. c/u Baño: 1 tubo fluorescente de 20W. Afuera: 1 tubo fluorescente de 20W. Radio 8 horas. elevisor 3 horas. DEPENDENCIAS HORAS DE USO CONSUMO ESIMACIÓN Wh/día Cocina 7 a 9 17 a 01 1 tubo de 40 W 400W Comedor 7 a 9 17 a 01 1 tubo de 40 W 400W Dormitorios 6 a 7 21a 24 2 tubo de 20 W 160W Baño 7 a 8 20 a 24 1 tubo de 20 W 100W Afuera 22 a 24 1 tubo de 20 W 40W Radio 8 a a 20 1 de 10 W 80W elevisor 21 a 24 1 de 60W 180W SUBOAL 1360Wh/día CAPÍULO 14: ESIMACIÓN DE POENCIA DE UN AEROGENERADOR PEQUEÑO 207

esquilar de una manija de 12. ESABLECIMIENO CON DOS IIENDAS Y DOS GALPONES ivienda dueños: Cocina: 1 tubo fluorescente de 40W. Comedor: 1 tubo fluorescente de 40W.

6 ESIMACIÓN DE CONSUMO HORARIO 250 W a t t i o s HORAS GRÁFICO 14.4 ivienda personal: Cocina: 1 tubo fluorescente de 40W. 2 Dormitorios: 1 tubo fluorescente de 20W. c/u Baño: 1 tubo fluorescente de 20W. Afuera: 1 tubo fluorescente de 20W. Radio 5 horas. DEPENDENCIAS HORAS DE USO CONSUMO ESIMACIÓN Wh/día Cocina 7 a tubo de 40 W 200W Dormitorios 6 a 7 21a 24 2 tubo de 160W 20 W Baño 7 a 8 20 a 24 1 tubo de 100W 20 W Afuera 22 a 24 1 tubo de 40W 20 W Radio a a 17 1 de 10 W 50W SUBOAL 550Wh/día 19 a 22 CAPÍULO 14: ESIMACIÓN DE POENCIA DE UN AEROGENERADOR PEQUEÑO 208

Afuera: 1 tubo fluorescente de 20W. Radio 5 horas.

7 ESIMACIÓN DE CONSUMO HORARIO 120 W A I O S HORAS GRÁFICO 14.5 Galpones: 2 tubos fluorescentes de 40W. 2 tubos fluorescentes de 40W. 1 manija de esquilar de 132W DEPENDENCIAS HORAS DE USO CONSUMO ESIMACIÓN Wh/día Galpón 7 a tubos de 40 W 160Wh/día Galpón 6 a 7 21a 2 tubos de 160Wh/día W Máquina de esquilar 8 a W 1320Wh/día SUBOAL 1640Wh/día CAPÍULO 14: ESIMACIÓN DE POENCIA DE UN AEROGENERADOR PEQUEÑO 209

8 ESIMACIÓN CONSUMO HORARIO W A I O S HORAS GRÁFICO 14.6 IIENDA PRINCIPAL SUBOAL 1.360Wh/día IIENDA PERSONAL SUBOAL 550Wh/día GALPÒNES SUBOAL 1640Wh/día OAL 3550 Wh/día ESIMACIÓN CONSUMO HORARIO W A I O S HORAS GRÁFICO 14.7 CAPÍULO 14: ESIMACIÓN DE POENCIA DE UN AEROGENERADOR PEQUEÑO 210

360Wh/día IIENDA PERSONAL SUBOAL 550Wh/día GALPÒNES SUBOAL 1640Wh/día OAL 3550 Wh/día ESIMACIÓN CONSUMO HORARIO 400

9 m n NOCIONES GENERALES DE ENERGÍA EÓLICA D Zona 1 imensionamiento del Banco de Baterías: Considerando que la profundidad de descarga no debe superar el 70% de la capacidad nominal de la batería, en consecuencia será: 3550 Capacidad diaria del banco 5071Wh/día 0.7 Considerando que el equipamiento a adquirir es en 12 olts, la capacidad del banco será de: Calculando una reserva para casi tres días sin viento o sea sin carga de batería y un consumo pleno, el valor anterior será de 1269 Ah, Utilizando baterías estacionarias de 240 Ah el banco constará de cinco baterías de 12, 240 Ah El costo aproximado del banco delas baterías sería de $1000 aproximadamente. Dimensionamiento del Sistema Conversor de Energía: Ah 12 omando como valor medio anual del viento en la zona de aproximadamente 6 m/s. Para tal fin se considera a su vez que el sistema conversor de energía comienza a generar a los 3 m/s, que la velocidad nominal del sistema es a los m/s. y la velocidad de corte es a los 25 m/s. Por consiguiente tenemos: 6 = =0. 54 c n 25 = = 2.27 De acuerdo al GRÁFICO 14.1 la potencia media del aerogenerador CAPÍULO 14: ESIMACIÓN DE POENCIA DE UN AEROGENERADOR PEQUEÑO 2

7 Considerando que el equipamiento a adquirir es en 12 olts, la capacidad del banco será de: Calculando una reserva para casi tres días sin viento o sea sin carga de batería y un consumo pleno, el

10 0,30 * 0,800 kw = 0,240 kw 0,240 kw * 24 horas = 5,760 kw/día Zona 2 D imensionamiento del Banco de Baterías: Considerando que la profundidad de descarga no debe superar el 70% de la capacidad nominal de la batería, en consecuencia será: 3550 Capacidad diaria del banco 5071Wh/día 0.7 Considerando que el equipamiento a adquirir es en 12 olts, la capacidad del banco será de: Calculando una reserva para casi tres días sin viento o sea sin carga de batería y un consumo pleno, el valor anterior será de 1269 Ah, Utilizando baterías estacionarias de 240 Ah el banco constará de cinco baterías de 12, 240 Ah El costo aproximado del banco delas baterías sería de $1000 aproximadamente. Dimensionamiento del Sistema Conversor de Energía: omando un valor medio anual del viento en la zona aproximadamente 7 m/s. Para tal fin consideramos a su vez que el sistema conversor de energía comienza a generar a los 3 m/s, que la velocidad nominal del sistema es a los m/s. y la velocidad de corte es a los 25 m/s. Por consiguiente tenemos: Ah 12 m n 7 = =0. 63 CAPÍULO 14: ESIMACIÓN DE POENCIA DE UN AEROGENERADOR PEQUEÑO 212

11 c n NOCIONES GENERALES DE ENERGÍA EÓLICA De acuerdo al GRÁFICO 14.1 la potencia media del aerogenerador 0,40 * 0,800 kw = 0,320 kw 25 = = ,320 kw * 24 horas = 7,680 kw/día D Zona 3 imensionamiento del Banco de Baterías: Considerando que la profundidad de descarga no debe superar el 70% de la capacidad nominal de la batería, en consecuencia será: 3550 Capacidad diaria del banco 5071Wh/día 0.7 Considerando que el equipamiento a adquirir es en 12 olts, la capacidad del banco será de: Calculando una reserva para casi tres días sin viento o sea sin carga de batería y un consumo pleno, el valor anterior será de 1269 Ah, Utilizando baterías estacionarias de 240 Ah el banco constará de cinco baterías de 12, 240 Ah El costo aproximado del banco delas baterías sería de $1000 aproximadamente. Dimensionamiento del Sistema Conversor de Energía: R Ah 12 egistrándose en la zona un valor medio anual del viento de aproximadamente 8 m/s. Para tal fin consideramos a su vez que el sistema conversor de energía comienza a generar a los 3 m/s, que la velocidad nominal CAPÍULO 14: ESIMACIÓN DE POENCIA DE UN AEROGENERADOR PEQUEÑO 213

consecuencia será: 3550 Capacidad diaria del banco 5071Wh/día 0.

del sistema es a los m/s. y la velocidad de corte es a los 25 m/s. Por consiguiente tenemos: m n 8 = =0. 72 c 25 = = 2. 27 n De acuerdo al GRÁFICO 14.

12 del sistema es a los m/s. y la velocidad de corte es a los 25 m/s. Por consiguiente tenemos: m n 8 = =0. 72 c 25 = = n De acuerdo al GRÁFICO 14.1 la potencia media del aerogenerador 0,46 * 0,800 kw = 0,368 kw 0,368 kw * 24 horas = 8,832 kw/día De acuerdo al cálculo de potencia del aerogenerador en los tres casos, a tres velocidades diferentes, la producción energética de un equipo alcanzaría para abastecer el establecimiento modelo. FOO I.2: IENDA UBICADA EN EL DEPARAMENO GAIMAN CHUBU. CAPÍULO 14: ESIMACIÓN DE POENCIA DE UN AEROGENERADOR PEQUEÑO 214

1 la potencia media del aerogenerador 0,46 * 0,800 kw = 0,368 kw 0,368 kw * 24 horas = 8,832 kw/día De acuerdo al cálculo de potencia del

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