Dr. Hugo GAMEZ CUATZIN Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial CIDESI

Documentos relacionados
Diego Pablo Ruiz Padillo Dpto. Física Aplicada Facultad de Ciencias Universidad de Granada

ENERGÍA EÓLICA E HIDRÁULICA

tu camino hacia la independencia energética

FÍSICA cede.es EJERCICIOS Y PROBLEMAS 287 MADRID 2014

ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO FLUIDO DINÁMICO DE UNA SECCIÓN DE DUCTO DE AGUA DE CIRCULACIÓN, APLICANDO ANSYS/FLOTRAN

POTENCIA EOLICA APROVECHADA POR UN AEROGENERADOR GENERADORES EÓLICOS: PRINCIPIOS GENERALES

Lección 3: Aerodinámica. 1.La capa límite 2.Fuerzas sobre perfiles aerodinámicos

MINI EOLICA VERTICAL EQUIPOS EXWD

Historia TECNOLOGÍA ENERGÉTICA 2

6. Parque Eólico Experimental de Sotavento

PRINCIPIOS BÁSICOS DE CONVERSIÓN DE LA EE

TIPOS DE AE A ROGE G NE N RAD A O D RES

Quinta Lección. Mirando el vuelo de las aves a la luz de la física..

MATERIA: AERODINÁMICA TRIPULANTES DE CABINA

PARAMETROS PRACTICOS EN EL DISEÑO DE LAS MAQUINAS EOLICA S

MATERIA: AERODINÁMICA CONTROLADORES DE TRANSITO AÉREO

Aerogeneradores eólicos de eje vertical EXAWIND


FICHA DE CONSULTA DE EXCURSIÓN POR LA RED ELÉCTRICA

Por qué vuela un avión? Las Matemáticas tienen la respuesta.

FUERZAS DE SUSTENTACION

Transferencia de Calor Cap. 7. Juan Manuel Rodríguez Prieto I.M., M.Sc., Ph.D.

Física General II. Guía N 2: Hidrodinámica y Viscosidad

ENERGÍA EÓLICA TEORÍA Y CONCEPTOS

3. CONCEPTOS PRELIMINARES

MODULO I: Tecnologia y aerodinámica básica de HAWTs. MODULO I-A y B HORAS Responsable: CENER. MODULO I-C y D HORAS Responsable: CENER

HIDRODINÁMICA. Profesor: Robinson Pino H.

Soluciones Analíticas de Navier Stokes.

3. Según el modelo de Atmósfera Estándar Internacional, si en la troposfera aumenta la altura:

HIDRODINAMICA Fluidos en movimiento

ENERGIA EOLICA DE PEQUEÑA POTENCIA. Antigua (Guatemala) septiembre 2014 Enrique Soria Lascorz División de Energías Renovables CIEMAT

AEROGENERADORES DE MEDIA POTENCIA. Nuevos Vientos para la EólicaE GARBI

Ecuación de Momentum Problemas de Acción dinámica

POTENCIA rpm rpm rpm rpm. Rotor horizontal a barlovento. Sistema pasivo: Timón de orientación

Mecánica de Fluidos Trabajo Práctico # 9 Semejanza con Modelos. Problemas Resueltos

SISTEMA DE VENTILACIÓN LONGITUDINAL EN UN TÚNEL. INFLUENCIA DE UN INCENDIO EN EL DIMENSIONAMIENTO DE LA VENTILACIÓN

ADMINISTRACION DE EMPRESA OPERACIONES INDUSTRIALES Instructor: Ing. Luis Gomez Quispe SEMESTREIII

6-FLUJO EN REJILLAS DE

Disposición Constructiva y características físicas de las turbinas eólicas

INTRODUCCIÓN A LA AEROELASTICIDAD

POR QUÉ VUELA UN AVIÓN?

EXPERIENCIA C917 "LABORATORIO DE VENTILADOR CENTRÍFUGO"

Desarrollo de conocimiento para la mejora del mantenimiento predictivo en el sector eólico

Hidráulica básica y dinámica de fluidos aplicados a la formación y transporte de gotas

TURBOMÁQUINAS. Mg. Amancio R. Rojas Flores

ANÁLISIS AERODINÁMICO Y ESTRUCTURAL DE UNA AERONAVE UAV TLÁLOC II EN MATERIALES COMPUESTOS

PROGRAMA DE CURSO DISEÑO DE ROTORES AERODINÁMICOS. Horas de Cátedra. Resultados de Aprendizaje

Los generadores eólicos o aerogeneradores, son dispositivos capaces de convertir la energía eólica en energía eléctrica.

Introducción a Sistemas de Energía Eólica

Hay tres componentes del viento que determinan la potencia disponible de un Sistema de Conversión de Energía Eólica (S.C.E.E.):

Instituto de Investigaciones Eléctricas Gerencia de Energías No Convencionales. Taller de Introducción a la Tecnología de Aerogeneradores

ENERGÍA EÓLICA E HIDRÁULICA

1. Fuerza. Leyes de Newton (Gianc )

EXPERIENCIA EN LAS PRUEBAS DE DESEMPEÑO DEL PARQUE EÓLICO LA VENTA II.

2. Generalidades sobre aerogeneradores

INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

CARACTERÍSTICAS DE LAS SECCIONES AERODINÁMICAS:

TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN

HIDRÁULICA Ingeniería en Acuicultura.

EL SISTEMA EÓLICO. DISEÑO

ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO FIZ 1300 FIS 1532 (10)

MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO AUTOMOTRIZ

TEMA II.9. Ecuación de Bernoulli. Dr. Juan Pablo Torres-Papaqui

TECNOLOGÍA ENERGÉTICA

EXAMEN DE FÍSICA. 24 DE JUNIO DE TEORÍA. GRUPOS 16(B) Y 17(C)

MAQUINAS HIDRAULICAS ING. NELVER J. ESCALANTE ESPINOZA 1 ING. NELVER J. ESCALANTE ESPINOZA

Capítulo 1 SEMINARIO ELECTROMAGNÉTICA

Trabajo Práctico N 2

AW3000. REOLTEC 17 de junio de José Miguel García Acciona Windpower S.A. Todos los derechos reservados. REOLTEC, 17 de junio, Madrid

Objetivos. Temario. 1- Diferentes tipos de turbinas eólicas

Energía eólica. Conceptos y actualidad. Fecha:

AERODINÁMICA Básica e Intermedia.

Flujos laminares, turbulentos o una transición entre ambos

Energía de la mareas

MECANICA DE FLUIDOS I

Pablo Mansilla Salinero. Magallanes Renovables SL

La diversificación de suministros energéticos y el aumento del grado de autoabastecimiento energético para mayor independencia energética.

Estática y Dinámica de Fluidos

Pequeñas Turbinas, Alta Tecnología

Capitulo 2: Marco Teórico

Balance de energía en un diafragma

Generador Eólico. Enervolt GE-300-H.12/24

Guía de estudio y prueba de conocimientos sobre: CAPITULO 4: Fluidos Hidrostáticos

UNIDAD 5 Turbinas radiales. Turbomáquinas hidráulicas: bombas y turbinas hidráulicas

1. Tipos de flujo. 2. Caudal. 3. Conservación de la energía en fluidos. 4. Roce en fluidos

EXAMEN DE FÍSICA. 5 DE FEBRERO DE GRUPOS C Y D. TEORÍA

Flujo externo. R. Castilla y P.J. Gamez-Montero Curso Introducción. Fuerzas aerodinámicas

Figura 1: Ejes de rotación del avión.

Prof. Nathaly Moreno Salas Ing. Victor Trejo TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS CT-3412

Cuarta Lección. Principios de la física aplicados al vuelo.

3) El campo magnético entre los polos del electroimán de la figura es uniforme en cualquier momento, pero su magnitud se incrementa a razón de 0.

II Congrés UPC Sostenible 2015

convección (4.1) 4.1. fundamentos de la convección Planteamiento de un problema de convección

PROYECTO DE AEROGENERADOR 3º ESO

ANÁLISIS NUMÉRICO PARA LA DETERMINACIÓN DE EFICIENCIAS HIDRÁULICAS EN TURBINAS DE FLUJO LIBRE.

Patrones Regulares de Implantación de Turbinas para la Optimización de Plantas Eólicas Marítimas

Desarrollo Construcción Montaje Puesta en Marcha Operación y Mantenimiento de un Parque Eólico

INTRODUCCIÓN A LAS MÁQUINAS HIDRÁULICAS. Prof. Jesús De Andrade Prof. Miguel Asuaje

AEROGENERADORES TECHNOWIND CATALOGO 201.

Nuevas tecnologías para aprovechar la energía eólica a gran altura

Transcripción:

Dr. Hugo GAMEZ CUATZIN Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial CIDESI Con la colaboración de: Ing. Fernando Ramírez Buenrostro, Asistente de InvesJgación - CIDESI Ing. Luis Alberto Torres Salomao, Candidato a M. en C. y T., PICYT - CIDESI

Outline 1. Aerogeneradores 2. CFX Aplicado al análisis de la sustentación de un airfoil 3. Control de paso y generación 4. Ejemplo de un controlador de paso de las palas con lógica difusa 5. Conclusiones

Energía eólica Del griego: Eolo = Dios del Viento Hijo de Hipotes (Islas eolias) Zeus le confiere el poder de dominar los vientos según su voluntad. Anemoi, dioses del viento Homero: Boreas, viento del norte Noto, viento del sur Céfiro, viento del oeste Euro, viento del este

Energía Ehecátlica? Mitología azteca y mesoamérica: Ehécatl, dios del viento Códice Borgia Náhuatl: ehécatl significa viento Manifestación de Quetzalcóatl Entre los dioses principales de la creación Su aliento inicia el movimiento del sol y hace a una lado a la lluvia, trae a la vida lo que está inerte. Máscara bucal roja en forma de pico Limpiar el camino para Tláloc (dios de la lluvia) Caracol en el pecho, asemeja el sonido del viento.

U^lizar la energía del viento Molinos de viento, Norte de Europa Holanda, Dinamarca, Suecia, etc. Aerogeneradores, Eólicos, Turbinas de viento Generador eléctrico acoplado a un rotor al que se le han fijado palas o álabes El viento acciona las palas y produce el movimiento que hace girar al rotor

Energía contenida en el viento P α ρav 3 P, potencia extraída Proporcionalidad directa! ρ, densidad del viento % humedad A, área de barrido del rotor longitud de las palas v, velocidad del viento mayor altura, mayor velocidad

Gigan^smo necesario

Cuantas palas se requieren? Mientras más palas, menor ruido Generalización de la configuración de tres palas Ventaja: Equilibrio giroscópico óp^mo Desventaja: incrementa can^dad de engranes

Grandes Aerogeneradores comerciales

Oportunidades para México Fabricación: partes o sistemas completos? Postes Rotores Anillos Palas Góndolas Otras Controles Giro de corona de orientación Ángulo de ataque de palas (control de paso o pitch control) Sistemas HW y SW Interconexión a la red eléctrica nacional Marco legal y regulatorio Viento: recurso energé^co nacional? A quién pertenece tal recurso?

Angulo de ataque y paso de palas Palas de paso fijo No se adaptan a la velocidad del viento Uso en pequeños aerogeneradores, bajo costo Paso controlable El ángulo de paso, y por lo tanto el de ataque, se adaptan según la velocidad del viento Generación óp^ma Protección del generador eléctrico Accionadores: Pistones eléctricos o hidráulicos

Perfil aerodinámico Un objeto situado en el seno de una corriente de aire (viento) presenta una resistencia al avance, esto genera principalmente dos componentes denominadas sustentación y arrastre (lih and drag force) La combinación de ambas genera un torque que es comunicado al rotor.

Sustentación vs fuerza de gravedad Cuando el ala se desliza por el aire, el aire se mueve más rápidamente a lo largo de la superficie curvada Esto crea una baja presión que empuja (aspira) el ala del planeador hacia arriba La fuerza de gravedad atrae el planeador hacia abajo. La sustentación se opone a la caída inducida por la gravedad, sustentando el vuelo del planeador. Tomado con fines didác^cos de: Moliner y el viento, www.windpower.org

Las p(alas) del rotor Tomado con fines didác^cos de: Moliner y el viento, www.windpower.org

Las p(alas) del rotor U^lizando las alas derechas del planeador Girando las superficies superiores hacia la parte de atrás del rotor, Rotor gira en sen^do de las manecillas del reloj Tomado con fines didác^cos de: Moliner y el viento, www.windpower.org

Sustentación: Bernoulli o Newton 3 La fuerza de sustentación es perpendicular a la dirección de movimiento del fluido, generalmente se requiere que esta fuerza sea grande. La fuerza de arrastre es paralela a la dirección del movimiento del fluido, generalmente se requiere que esta fuerza sea pequeña. Bernoulli: la sustentación se genera cuando la velocidad en la parte superior del perfil es mayor a la de la parte inferior, esto debido a que hay diferencia de presiones. Newton: La deflexión hacia abajo del flujo de aire en el borde de salida del ala, produce una fuerza de reacción hacia arriba que también genera sustentación. Cabe mencionar que existen fenómenos como el de la capa limite, se genera cuando el ángulo de ataque es muy grande el fluido puede cambiar súbitamente de dirección como se observa en la imagen, la fuerza de arrastre se hace mayor y pierde sustentabilidad.

Datos del aerogenerador analizado Ø Altura de la torre 60m Ø Diámetro de barrido 50 m Ø Área barrido del rotor 2200 m^2 Ø Perfil del aspa Naca e205 Ø Potencia nominal 1 MW Ø Velocidad del rotor 15/22 RPM Datos Opera^vos: Ø Ø Ø Velocidad viento Mínima de Energía: 4 m/s - 14.4 Km/h Velocidad viento óp^ma de Energía: 11 m/s - 57.6 Km/h Velocidad viento cierre automá^co: 25 m/s - 90 Km/h 17

Análisis de la sustentación: CFX 11.0 Para los diferentes análisis se u^lizaran las mismas ecuaciones para resolver el sistema a con^nuación se muestra los modelos u^lizados. Lo único que cambia para los diferentes análisis son las velocidades de entrada y el ángulo de ataque. El flujo se considerará incompresible Se resolverán las ecuaciones promediadas de Navier- Stokes-Reynolds u^lizando el modelo Modelo k-ε Standard con Non-Equilibrium Wall Func<ons Criterio de convergencia: 10-4

Malla A forma de demostración se u^liza ANSYS para calcular las zonas de presión y de velocidad del perfil NACA e205 en las condiciones de operación del Aerogenerador 4 m/s, 11 m/s y 25 m/s a un ángulo de ataque de 8. La malla se realizo en ANSYS ICEM, los elementos son hexaédricos, con un total de 348282 elementos.

Para las condiciones de entrada se definen la velocidad de entrada del fluido así como la presión está^ca a la salida, la simetría y las paredes

Resultados condiciones de arranque: Aa= 8 y 4 m/s. La velocidad alcanza un máximo de 7.14 m/s. La presión varía de -23.24 a 9.9117 Pa

Resultados en condiciones de operación nominal: Aa=8, v=11 m/s. La velocidad alcanza una máxima de 20.43 m/s. La presión varía de -193.6 a 73.19 Pa.

Resultados en condiciones límite: 8 y 25 m/s La velocidad alcanza una máxima de 48.79 m/s. La presión varía de -114.2 a 375.1 Pa.

Aa=0 o vs V v creciente V V = 4 m/s V V = 11 m/s V V = 25 m/ s

Distribución de velocidades Aa variable vs V V Nominal (11 m/s) Aa=0 o Aa=4 o Aa=8 o Aa=12 o Aa=12 o

Distribución de presiones Aa variable, V V = 11 m/s Aa=0 o Aa=4 o Aa=8 o Aa=12 o

Energía contenida en el viento P α ρav 3 P, potencia extraída Proporcionalidad directa! ρ, densidad del viento % humedad A, área de barrido del rotor longitud de las palas v, velocidad del viento mayor altura, mayor velocidad Límite de Betz: sólo se absorbe alrededor de 60 % En la prác^ca, no se puede aprovechar el 100% de la energía contenida en el viento Necesidad de controlar el ángulo de paso y ataque de las palas para aprovechar al máximo ese 60%

Ejemplo del diseño de un controlador de paso con lógica difusa Arxculo a publicarse en La^n American Trans. IEEE (2011)

Funciones de membresía Implementación en MATLAB SIMULINK

Resultados del control Caso 1: Viento constante Caso 2: Perfil de viento real Potencia Potencia Aa Aa

Conclusiones Se presentó un caso de análisis de la sustentabilidad de palas de un aerogenerador usando CFX para el estudio de un airfoil Permite comprender una parte de los fenómenos asociados con la sustentabilidad El control del paso de las palas permite mantener los niveles de generación adecuados y aprovechar al máximo la energía del viento El controlador se puede implementar usando lógica difusa