La energa elica

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La energía eólica
Facultad de Ingeniería

• 1er torneo de Energías LIMPIASpara estudiantes
  de enseñanza media
• Instructor Hernán Morarga Müller
• Investigador Juan Pablo Guajardo Ortega

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Programa del Curso

• Sábado 05-AgoEnergías Limpias, electricidad
  básica y tecnología de aerogeneradores.
• Sábado 12-AgoTecnología de foto-celdas,
  aplicaciones y almacenamiento de energía.

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Contenidos

• Introducción
• Fuentes de Energías Renobables
• Breve resumen histórico del uso de la energía
  eólica
• Conozcamos la energía eólica
• Antecedentes de las turbinas eólicas
• Tipos de turbinas eólicas
• Anatomía de una turbina eólica
• Las ventajas de la energía eólica frente a otras
  fuentes energéticas
• Algunos inconvenientes de la energía eólica
• Algunos puntos de utilización del recurso eólico
  en Chile
• Potencial del recurso eólico de Chile
• Datos para tener en cuenta
• La energía en el viento
• Factores que influyen en la cantidad de potencia
  del viento
• Concepción tradicional de la industria eléctrica
• Conclusiones

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Introducción

• "Eólica" viene de Eolo, dios griego del viento.
  El viento es energía en movimiento. El ser humano
  ha utilizado esta energía de diversas maneras a
  lo largo de su historia barcos a vela, molinos,
  extracción de agua de pozos subterráneos.
• En la actualidad, el viento se usa también para
  producir electricidad. Al soplar, el viento mueve
  las aspas de un molino. Esta energía cinética se
  transforma, mediante un generador, en energía
  eléctrica.
• En algunos países, como Dinamarca y Alemania,
  existen granjas eólicas, en las que cientos de
  molinos son impulsados por el viento,
  produciéndose electricidad suficiente para
  alimentar ciudades completas.

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Fuentes de Energías Renovables

• Son aquellas energías interminables,
  independiente del paso del tiempo.
• Algunas de ellas son
• Energía Eólica
• Energía Solar
• Energía Hidráulica

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Breve resumen histórico del uso de la energía
eólica

• La energía eólica es la energía producida por el
  viento. La primera utilización de la capacidad
  energética del viento la constituye la navegación
  a vela. En ella, la fuerza del viento se utiliza
  para impulsar un barco. Barcos con velas
  aparecían ya en los grabados egipcios más
  antiguos (3000 a.C.). Los egipcios, los fenicios
  y más tarde los romanos tenían que utilizar
  también los remos para contrarrestar una
  característica esencial de la energía eólica, su
  discontinuidad. Efectivamente, el viento cambia
  de intensidad y de dirección de manera
  impredecible, por lo que había que utilizar los
  remos en los periodos de calma o cuando no
  soplaba en la dirección deseada. Hoy, en los
  parques eólicos, se utilizan los acumuladores
  para producir electricidad durante un tiempo,
  cuando el viento no sopla.
• Otra característica de la energía producida por
  el viento es su infinita disponibilidad en
  función lineal a la superficie expuesta a su
  incidencia. En los barcos, a mayor superficie
  vélica mayor velocidad. En los parques eólicos,
  cuantos más molinos haya, más potencia en bornes
  de la central. En los veleros, el aumento de
  superficie vélica tiene limitaciones mecánicas
  (se rompe el mástil o vuelca el barco). En los
  parques eólicos las únicas limitaciones al
  aumento del número de molinos son las
  urbanísticas.
• Información adicional.
• Hace 4000 años, los chinos se servían de ella
  para navegar a vela.
• Hace 2000 años los persas inventaron los molinos
  de viento para triturar el grano y elaborar
  harina.

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Conozcamos la energía eólica

• La energía eólica se le considera una forma
  indirecta de energía solar, ya que entre el 1 y 2
  de la energía proveniente del Sol se convierte
  en viento, debido al movimiento del aire
  producido por el desigual calentamiento de la
  superficie terrestre.
• La energía procedente de la radiación solar que
  la Tierra absorbe en un año, equivale a unas 20
  veces! la energía almacenada en todas las
  reservas de combustibles fósiles del mundo
  (carbón, petróleo y gas ).
• Si se pudiera aprovechar tan solo el 0,005 de
  dicha radiación mediante aerogeneradores,
  turbinas, paneles solares y otros procedimientos
  tecnológicos "renovables", se obtendría más
  energía útil en un año que la que se consigue
  quemando carbón, petróleo y gas.
• Y con una gran e importante diferencia las
  energías renovables no se agotan.
• La energía cinética del viento puede
  transformarse en energía útil, tanto mecánica
  como eléctrica.
• La energía eólica, transformada en mecánica, ha
  sido históricamente aprovechada, pero su uso para
  la generación de energía eléctrica es más
  reciente, existiendo aplicaciones de mayor escala
  desde mediados de la década del 70, en respuesta
  a la crisis del petróleo y a los impactos
  ambientales derivados del uso de combustibles
  fósiles.

Fuente Comisión Nacional de Energía
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Antecedentes de las turbinas eólicas
El aprovechamiento del viento se inició en los
primeros barcos a vela que miles de años antes de
Jesucristo (A.C.) comenzaron a ser usados por el
hombre.
La primera información con que se cuenta sobre la
construcción de un molino de viento data de 200
años A.C. Este aparato fue usado en Persia para
moler granos. El eje de rotación era vertical y
su estructura estaba hecha con troncos de
árboles. Un muro construido a su alrededor servía
para orientar el flujo de aire (ver figura).
Posteriormente aparecieron los primeros molinos
de eje horizontal con unos 10 rayos de madera que
sostenían las velas. Estas eran enrolladas sobre
cada rayo según la velocidad de viento. Un uso
extensivo de este modelo puede observarse aún hoy
en la isla de Creta. Los molinos eran utilizados
principalmente para moler granos y su uso se
extendió en el Siglo XI sobre todo en Oriente
Medio y apareció en Europa en el Siglo XII traído
por quienes volvían de las Cruzadas.
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Tipos de turbinas eólicas
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Anatomía de una turbina eólica

• Aspas de 20 m de largo. Capturan la energía del
  viento.
• Buje.
• Eje de baja velocidad (25 rpm).
• Multiplicador. Amplifica el giro en un factor 50.
• Sistema hidráulico.
• Eje de alta velocidad. Hace funcionar el
  generador.
• Mecanismo de orientación del molino.
• Generador eléctrico (de 500 a 1500 KW).
• Controlador electrónico. Supervisa el buen
  funcionamiento del molino.
• Unidad de refrigeración.
• Anemómetro y veleta.

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Las ventajas de la energía eólica frente a otras
fuentes energéticas

• Se renueva en forma continua.
• Es inagotable.
• Es limpia, por lo cual no contamina.
• Es autóctona y universal (existe en todo el
  mundo).
• Cada vez es más barata conforme avanza la
  tecnología.
• Permite el desarrollo, respetando el medio
  ambiente.
• Las instalaciones son fácilmente reversibles (no
  dejan huella).
• Es gratuita y solo requiere una inversión inicial
  en la instalación y el posterior mantenimiento.

Fuente Comisión Nacional de Energía
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Algunos inconvenientes dela energía eólica

• Es irregular e intermitente.
• Las hélices representan un peligro para las aves.
• Los aerogeneradores producen interferencias en
  las ondas de radio y TV.
• Los aerogeneradores alteran la estética del
  paisaje y su instalación requiere realizar
  carreteras de acceso.

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Algunos puntos de utilización del recurso eólico
en Chile

• Puerto Saavedra Nahuelhuapi y Puaucho
  (actualmente abandonados).
• Carahue Villa Las Araucarias.
• Granja eólica en los alrededores de Calama
  promovida por Codelco y enmarcada en el Protocolo
  de Kioto.
• Recordemos que Codelco "engulle" el 30 de la
  electricidad generada en Chile.

Fuente Comisión Nacional de Energía
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Potencial del recurso eólico de Chile

• En Chile se han realizado algunos estudios
  tendientes a caracterizar parcialmente el
  potencial energético eólico nacional y hay otros
  en ejecución. Durante 1992, se hizo una
  recopilación de la mayoría de la información de
  viento disponible a esa fecha, a partir de la
  cual se evaluó el recurso eólico en lugares con
  información confiable (Evaluación del potencial
  de energía eólica en Chile, CORFO). Dada la baja
  densidad y características de las estaciones
  meteorológicas disponibles, el estudio no
  permitió tener una visualización integra del
  potencial eólico de Chile.
• Por otro lado, el NREL desarrolló para CNE un
  mapa preliminar del potencial eólico del
  archipiélago de Chiloé orientado a la evaluación
  del recurso para aplicaciones rurales no
  conectadas a red. Este mapa ha permitido elaborar
  una cartera de proyectos híbridos Eólico - Diesel
  para abastecer a más de 3100 familias
  distribuidas en 32 islas del Archipiélago.
• A pesar de la escasa información disponible sobre
  el potencial explotable del recurso, y dadas las
  características geográficas de Chile, es posible
  identificar zonas que pueden contar con niveles
  de viento que permitan su aprovechamiento con
  fines de generación eléctrica. Entre ellas están
• Zona de Calama en la II Región y, eventualmente,
  otras zonas altiplánicas.
• Sector costero y zonas de cerros de la IV Región
  y, eventualmente, de las otras regiones del norte
  del país.
• Puntas que penetran al océano en la costa de la
  zona norte y central.
• Islas esporádicas.
• Zonas costeras abiertas al océano y zonas
  abiertas hacia las pampas patagónicas en las
  regiones XI y XII Estas últimas han demostrado
  tener un excelente recurso eólico.

Fuente Comisión Nacional de Energía
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Datos para tener en cuenta

• Cada KWh (kilowatt hora) de electricidad generada
  por energía eólica en lugar de carbón, evita la
  emisión de un Kilogramo de dióxido de carbono
  (CO2) a la atmósfera.
• Generar 20 kilowatt de energía limpia, tiene el
  mismo efecto, desde el punto de la contaminación
  atmosférica, que plantar un árbol.
• La electricidad producida por un aerogenerador
  evita que se quemen diariamente 3.150 Kg. de
  lignito negro (un tipo de carbón mineral) en una
  central térmica.
• Ese mismo generador produce idéntica cantidad de
  energía eléctrica que la obtenida por quemar
  diariamente 1.000 Kg. de petróleo.
• Al no quemarse esos Kg. de carbón, se evita la
  emisión de 4.109 Kg. de CO2, lográndose un efecto
  similar al producido por 200 árboles .
• Se impide también la emisión de 66 Kg. de dióxido
  de azufre (SO2) y de 10 Kg de óxido de nitrógeno
  (NOx), principales causantes de la lluvia ácida .
  
• Actualmente existen alrededor de 30.000
  generadores eólicos repartidos por el planeta.
• La industria eólica emplea directamente a más de
  4.000 personas, y existen unas 30 empresas que
  fabrican aerogeneradores.
• Los científicos calculan que hasta un 10 de la
  electricidad mundial se podría obtener de
  generadores de energía eólica a mediados del
  siglo XXI.

Fuente Comisión Nacional de Energía
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Capacidad Instalada (MW)
Alemania 18.428 España 10.027 EE.UU. 9.149
India 4.430 Dinamarca 3.122 Italia 1.717 UK 1.35
3 Holanda 1.219 China 1.260 Japón 1.078 Brasil 31
Argentina 28 Colombia 19 Chile 2 TOTAL MUNDIAL
55.500 MW
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La energía en el viento

• Densidad del aire y área de barrido del rotor
• Un aerogenerador obtiene su potencia de entrada
  convirtiendo la fuerza del viento en un par
  (fuerza de giro) actuando sobre las palas del
  rotor. La cantidad de energía transferida al
  rotor por el viento depende de la densidad del
  aire, del área de barrido del rotor y de la
  velocidad del viento.
• La animación muestra cómo una porción cilíndrica
  de aire de 1 metro de espesor pasa a través del
  rotor de un aerogenerador típico de 1.000 kW.
• Con un rotor de 54 metros de diámetro cada
  cilindro pesa realmente 2,8 toneladas, es decir,
  2.300 veces 1,225 kg.
• Densidad del aire
• La energía cinética de un cuerpo en movimiento es
  proporcional a su masa (o peso). Así, 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.
• A presión atmosférica normal y a 15 C el aire
  pesa unos 1,225 kilogramos por metro cúbico,
  aunque la densidad disminuye ligeramente con el
  aumento de la humedad.
• Además, el aire es más denso cuando hace frío que
  cuando hace calor. A grandes altitudes (en las
  montañas) la presión del aire es más baja y el
  aire es menos denso.

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Factores que influyen en la cantidad de potencia
del viento

• La energía eolica es aprovechada por nosotros
  básicamente por un sistema de un rotor que gira a
  medida que pasa viento por este.
• La potencia del viento depende principalmente de
  3 factores
• Área por donde pasa el viento (rotor)
• Densidad del aire
• Velocidad del viento
• Para calcular la formula de potencia del viento
  se debe considerar el flujo másico del viento que
  va dado por
• Densidad del viento
• Área por donde pasa el viento
• Velocidad del viento
• Entonces el flujo másico viene dado por la
  siguiente expresión
•  
•   Entonces la potencia debido a la energía
  cinética esta dada por
•  

Fuente Fuentes de generación alternativas,
Pablo Seccia Arriaza, Ing. UC
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Concepción tradicional de la industria eléctrica

• La conformación de un sistema eléctrico actual
  es el resultado de una concepción que ha tenido
  vigencia por muchos años grandes plantas de
  generación, generalmente ubicadas lejos de la
  demanda, y grandes redes de transmisión que
  llevan la energía generada hacia ella. En esta
  concepción tradicional, la producción de
  electricidad dentro de la industria eléctrica
  consiste en un proceso que consta de cuatro
  etapas (Generación, Transmisión, Distribución y
  Consumo), el cual se realiza con un orden
  determinado definiendo por lo tanto cuatro
  niveles, tal como se muestra en la siguiente
  figura.

Fuente Fuentes de generación alternativas,
Pablo Seccia Arriaza, Ing. UC
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Conclusiones

• El planeta necesita de innovadores, creadores e
  inventores que potencien las alternativas de
  generación de Energías limpias.
• Teniendo presente que son fuentes de energías
  inagotables y limpias.
• Permitiendo una renovación de forma continua, a
  bajo costo.
• Por lo tanto es indispensable trabajar con una
  visión clara de generar valor, respetando y
  aprovechando las energías de nuestro medio
  ambiente.
• En Chile, la historia está recién comenzando...

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Agradecemos a nuestros Auspiciadores

• AMERICAN AIRLINES(www.aa.com)
• INTERFACE(www.interfaceinc.com)
• METCOM(www.metcom.cl)
• E-CONSULTING(www.e-market.cl)
• RECYCLA(www.recycla.cl)
• McGRAW-HILL(www.mcgraw-hill.com)