Archive for the ‘Aerogenerador’ Category
Hola a todos buenas horas. En este post muestro que Vd es la velocidad del viento después de haber interactuado con una turbina eólica y V viene a ser la velocidad de viento antes de interactuar con la turbina eólica; de esa relación de velocidad existe un acople con la eficiencia Cp (power coefficiente) del álabe. Se puede observar que aproximadamente cuando la velocidad de viento es la tercera parte de la velocidad de entrada a la turbina, se obtiene la máxima eficiencia de álabe. Hecho en Matlab de MathWorks.
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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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Estimados(as), pues en la gráfica tiene dos curvas, una de ellas son los datos colectados en campo (color azul) de velocidad de viento. La otra línea de color rojo es el aprendizaje de la red neuronal, en algunos lugares es más o menos que la curva real. Puede ver que las escalas se han trabajado en por unidad, esto para tener una idea del porcentaje de desviación desde los datos reales, por ende, la desviación es baja. Sin embargo, el punto de inicio coincide con el de la red neuronal, esto da mala espina, dado que en el caso de otra secuencia de valores, la red neuronal no podría predecir el valor inicial (la cual es una de las condiciones a darle para que inicie su trabajo de aprendizaje); pero, esto a la vez es una excelente oportunidad, dado que hay campo libre para desarrollar métodos y técnicas que conlleven a ajustar el aprendizaje a algún valor que durante el tiempo de estudio exista. Bueno esto lo desarrollé en Matlab de MathWorks Inc, méritos para la empresa americana y espero que les guste e interese.
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Y resultó que tras algunas horas de programar y programar y limpiar errores en el código, aparece esta ventana en que la RNA esta «aprendiendo»… vaya que interesante ver que de una u otra manera ello es posible realizarlo, sin embargo, evaluar si una, dos, tres, cuatro o más neuronas son las suficientes es buen tema y hasta cierto punto lo podría relacionar con enfermedades degenerativas como Alzheimer y Parkinson (por eso mis estimados siempre lean, piensen y hagan deporte sanamente para evitar estas dolencias). Puedo agregar algunas cosas a todo esto:
- Es grande el número de iteraciones que se dan (que no te sorprenda, lo bueno es que cada vez hay laptop y computadoras de mayor capacidad)
- Toma un tiempo de cálculo (no significa que demora mucho como varios minutos o dias, todo depende del arte del programador también)
- Toma un costo computacional (no significa que te vas a quedar sin memoria RAM o sin espacio en el disco duro, refuerzo que todo depende del arte del programador también)
- Lo que analiza acá es la velocidad del viento en un período de tiempo, esto es ya bastante complicado considerando que tiene un comportamiento aleatorio captado en el lugar de estudio.
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Por frecuencia se usa Simulink para hacer simulaciones las cuales nos grafican en Scope curvas de variables a estudiar del modelo matemático. Sin embargo esa curva es solo visualizar el comportamiento de la variable. Para capturar esa data hay que enviar al Workspace de Matlab, sin embargo, esta se traslada como un conjunto de datos sin definición del tiempo de simulación. Ante ello, hay que crear un programa scrip en que reescriba el eje horizontal de la gráfica igual al tiempo de simulación mediante una regla de tres simple entre la cantidad de datos que se posee y el tiempo de simulación. Con ello ya se puede crear sistemas de gráfica y ploteo o subploteo. Al grabar según el interés se puede grabar en diferentes formatos, puede ser un jpg o bmp. En la presente gráfica es el resultado ya mostrado en post anterior de un aerogenerador de 100 kW cuyo modelo matemático lo he desarrollado. Espero os sirva…
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Usualmente tenemos datos de mapas (eólico, solar, etc) de una zona determinada, estos contienen áreas con datos y otras áreas sin datos. Nos dan una idea de la distribución del valor de las variables en el área de estudio; sin embargo, encontramos que si deseamos cuantificar ello, es necesario separar el área que tiene los datos, del área sin datos… esto se logra con algo de técnica escribiendo en Matlab (de MathWorks Inc) y que como se ve en la figura en negro esta la zona que no me interesa y en blanco está la zona que es de interés porque tiene los datos. El mapa que usado es la Región Lambayeque en el Norte del Perú, una región de muchos restos arqueológicos, exquisita comida, bonitos paisajes y playas que os recomiendo visitar… ah! y en dicha región, está la ciudad de Lambayeque sede de la Universidad Nacional «Pedro Ruíz Gallo» en donde me formé como ingeniero mecánico electricista.
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Los molinos de eje vertical no requieren de sistemas de orientación. Ventaja nada despreciable pues evita complejos mecanismos de direccionamiento y elimina los esfuerzos a que se ven sometidas las palas ante los cambios de orientación del rotor. Por su disposición permite colocar los sistemas de conversión prácticamente a nivel de suelo, evitando pesadas cargas en las torres, como ocurre en los de eje horizontal. Los rotores Savonius y Darrieus representan dos diseños básicos de rotores de eje vertical. El rotor Savonius trabaja esencialmente por arrastre, tiene un alto par de arranque pero su eficiencia es pobre. Por su sencillez y bajo costo es fácil de construir con técnicas artesanales. Se emplea en aplicaciones que requieren potencias pequeñas como es el caso de los extractores de aire en grandes edificios industriales o depósitos y en bombeo de agua.
Los rotores Savonius y Darrieus representan dos diseños básicos de rotores de eje vertical. El rotor Savonius trabaja esencialmente por arrastre, tiene un alto par de arranque pero su eficiencia es pobre. Por su sencillez y bajo costo es fácil de construir con técnicas artesanales. Se emplea en aplicaciones que requieren potencias pequeñas como es el caso de los extractores de aire en grandes edificios industriales o depósitos y en bombeo de agua.
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En su gran mayoría, la conversión de la energía disponible en el eje del rotor en otra forma de energía, se realiza mediante dispositivos ubicados sobre la torre. Tal es el caso de las turbinas eólicas destinadas a la producción de electricidad donde el generador eléctrico, acoplado al eje del rotor a través de un multiplicador, está localizado en la góndola.
Las denominadas máquinas rápidas, con palas de perfil aerodinámico y casi exclusivamente empleadas para generación de electricidad, tienen rotores de 1 a 3 palas que, según los diseños, están ubicados a popa (sotavento) o a proa (barlovento) de la góndola. Los rotores con palas a popa en principio no requieren de sistemas de orientación pues las fuerzas en juego tienden a orientarlo naturalmente, aunque en máquinas de gran tamaño se prefiere emplearlos para evitar los «cabeceos» que someterían las palas a vibraciones perjudiciales. En el caso de palas a proa los sistemas de orientación son imprescindibles; en molinos pequeños se emplean las clásicas colas de orientación pero en los grandes se prefieren los servomecanismos
Existen diferentes modos de prevenir aumentos descontrolados de la velocidad de rotación del rotor en presencia de vientos fuertes, o de regularla ante condiciones variables de la carga. Ellos van desde el cambio de paso, o «calaje» de las palas, la utilización de «flaps» que se abren y aumentan la resistencia al viento, hasta dispositivos que desplazan el rotor de su orientación ideal logrando que aumenten las pérdidas aerodinámicas. Prácticamente todas las máquinas disponen de dispositivos de frenado para poder detenerlas bajo condiciones extremas de viento o efectuar reparaciones. En las máquinas relativamente pequeñas a veces se evitan estos mecanismos pues, resulta más barato diseñarlas para soportar los máximos vientos, que adicionar sistemas de frenado.
Los rotores multipala, tipo americano, tienen por uso casi excluyente el bombeo de agua. Su alto par de arranque y su relativo bajo costo los hace muy aptos para accionar bombas de pistón. Se estima que en el mundo existen más de 1.000.000 de molinos de este tipo en operación
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Hola mis preciados lectores, en algún momento coloque una figura similar, considero que esta tiene elementos adicionales bastante importantes a detallar: Los molinos de eje horizontal son los más difundidos y los que han permitido obtener las mayores eficiencias de conversión, en la figura se puede apreciar como los aerogeneradores de eje horizontal tienen mayores valores de coeficiente de potencia, lo que se traduce en mejores eficiencias. También se dibuja el límite de Glauert, los progresos van desde varios frentes; uno de ellos son los relacionados a procesos de simulación y modelamiento.
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Como se sabe, la energía depende de la potencia y del tiempo y, como se verá más adelante, la potencia a extraer del viento depende del cubo de la velocidad. Las variaciones en intervalos de tiempo menores son aún más acusadas y son caracterizadas también por la presencia de Rachas de Viento que son incrementos rápidos del viento de corta duración. También existen incrementos o decrementos de la velocidad del viento en forma de rampa. El viento en el área de las palas puede estar influido por la presencia del fenómeno denominado Turbulencia que consiste en variaciones muy rápidas de la magnitud y el sentido de la velocidad del viento. En otras ocasiones, la velocidad del viento es más estable y podemos decir que estamos en presencia de un Flujo Laminar. En la zona de la pala el campo de velocidades se hace más complicado tal como se muestra en la figura (parte superior) y su rotación provoca el denominado Efecto de Estela que puede entenderse observando la figura (parte inferior).
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Este modelo ha ido mejorando en colaboración con colegas extranjeros, suena bien y vamos por buen camino… que sigamos progresando !! … están los componentes de la microgrid, esta es de corriente continua y alterna. Un escenario ha sido modelado a fin de ser considerado como estudio importante de un caso típico. La simulación se realiza en Matlab/Simulink de MathWorks Inc. El modelamiento se ha hecho en base a la literatura científica y libros de relevancia consultados….
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El tamaño de las turbinas se va a ir incremento, esto es un hecho. Mejores materiales en los diferentes componentes de las turbinas han hecho posible que cada vez una sola unidad pueda producir varios MW de potencia eléctrica. La comparación es el tamaño de un avión comercial. Es un reto tecnológico el desarrollar turbinas cada vez más grandes y que sean seguras, fiables y económicas. Las universidades, institutos de investigación y laboratorios de las empresas que fabrican estas cosas, van en un carrera que involucra la continuidad de su producción, el mercado que abarcan, las tendencias de uso de energías renovables y la continuidad de su existencia. Favor si hay oportunidad en alguna de esas empresas constructoras de turbinas eólicas para trabajar, me pasan la voz 🙂 … caso adicional, es a quienes desean hacer simulaciones en Matlab/Simulink y desean que les asesore me escriben…
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En la presente doy a saber los porcentajes de penetración de la energía eólica según estado de los EEUU (USA). Para tener mejor apreciación también hay un figura en que se lee las potencias instaladas en turbinas eólicas en cada estado. Es de notar que estamos hablando de varios MW instalados, lo que involucra también por ende, varios parques eólicos instalados en el territorio americano. De hecho cada año cambian estos porcentajes y principalmente las potencias instaladas. Pero estas figuras dan una primera imagen, a comparar en el futuro con los mismos estados, o que sirva de referencia en otros países.
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La energía eólica se incrementa su uso a nivel mundial, algunos países tienen una alta penetración de la energía eólica en sus respectivos sistemas eléctricos interconectados. Con penetración eólica se refiere a la cantidad en porcentaje de energía que se aporta desde parques eólicos en relación con lo que se necesita para abastecer las cargas eléctricas conectadas a un sistema eléctrico. La presencia de aerogeneradores trae consigo diferentes nuevos retos en el control y protección de los sistemas eléctricos de potencia. El criterio general es que mientras más robusto sea el sistema, la influencia es menor. Sin embargo, paises como Dinamarca tienen un alto grado de penetración. Paises como los de América Latina, aún se discute si ello es posible o si conviene o no conviene, quizás por falta de conocimiento de la técnica, quizás porque aún los ingresos estatales provenientes de impuestos a combustibles induce a seguir quemando combustibles fósiles para mantener la caja fiscal en positivo y que permita un flujo constantes de ingresos al Estado.
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Llego a esta entrada y veo que sigue habiendo mucho por compartir. Las turbina eólicas offshore, es decir, aquellas que se colocan en mar, se han implementado en muchos países y cada vez su uso se expande (es la tendencia mundial ir a fuentes de energías renovables). Sin embargo, su configuración cambia de acuerdo a la profundidad a la que se encuentra el suelo marino desde la superficie del agua. La figura muestra configuraciones típicas de turbinas eólicas offshore. Un análisis local de las velocidades de viento, características hidrodinámicas de las corrientes del mar durante un año típico, tráfico naval, entre otros… afinan los criterios de diseño e implementación de un parque eólico offshore.
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La figura refleja los principales componentes que tiene un parque eólico, centrado principalmente en cada turbina eólica, los cuales recogen o capturan parte de la energía contenida en el viento para poder transformarla en energía eléctrica. Desde la primera interacción del viento con la turbina, entran a tallar el control de la turbina, las interfaces adecuadas que transmiten la energía hacia cada unidad de transformación; todo ello, bajo el mando y control de la Unidad Controlador. Pero esto no es que trabaja por su lado, tiene una interacción fuerte con las condiciones de operación de la red, las cuales coordinan con cada Controlador de cada turbina eólica. Esta comunicación y retroalimentación, permite que se cumplan las exigecias de las normas de calidad eléctrica.
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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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Encontré que en Canadá también se hace un fuerte implementación de la energía eólica… obvio en países desarrollados más cuenta el sentimiento de «no deseo contaminar quemando petróleo u otro combustible fósil o nuclear para la generación de calor y electricidad», añadido a un pensamiento de que «deseo un ambiente más limpio para las nuevas generaciones» que en comparación a países del Tercer Mundo u en desarrollo en que se habla de que está bien… eso de implementar renovables suena bien, hacemos algo de salvaguarda de la ecología, pero … esto cuanto cuesta ? resulta rentable ? … y cosas así. En la gráfica se muestra los valores en barras negras de energía implementada y la roja la predicha en Canadá.
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Una turbina eólica genera ruido, el cual es necesario evaluarlo, se usa el equipo respectivo y se va recorriendo alrededor de la turbina haciendo las mediciones del ruido. Como pueden ver en la figura, es sobre un plano alrededor de la turbina y a distancias definidas en que se han tomado las medidas, por lo tanto, es un buen mapa simétrico en el nivel de ruido. Si hubieran desviaciones habría que analizar las causas. Gustaría hacer de estos estudios, quien se anima a contratarme?
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Alemania ha programado un cambio en el uso de los recursos primarios para el abastecimiento de las necesidades energéticas.Tienen en la gráfica la tendencia, y que en el modus operanti alemán es muy posible que ello lo cumplan exactamente.
Una fuerte apuesta por la reducción de la utilización del carbón. Mencionar acá que esta reducción es ya a persar de que tienen buenas técnicas de purificación de los gases de combustión generados de la quema del carbón.
Energía proveniente de biomasa, PV, viento también son a usar más, la posición de Alemania dentro del Mapa Solar Mundial hace que tenga que jugar con diferentes formas de generación de energía.
Un factor importante es el incremento en la importación de energía, esto enmarcado quizás en la tendencia moderna de la generación distribuida y la implementación de smart grids en el mercado eléctrico europeo. Una dependencia del gas/oil va a continuar, pero la línea roja indica un notable incremento en todo lo que es la producción de energía a partir de fuentes alternativas renovables.
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Germany think to future to implementation of change in the use of primary resourse for energetic demand. In graphic show the tendence y i think to «modus operanti» german that it is very possible develpment exactly.
A important tendence in utilization biomass, PV and wind. But the posicion of Germany in World Solar Map, need implementation and development many technologies in energy generation.
Other important factor is increasing in energy import, i think in modern tendence to distribuited generation and implementation of microgrid and smart grid in european electric market. Therefore, the dependence of the gas/oil continue in the future, but the red line in increase notable in all renewable resource production energy.
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Datos Generales
Good day. My full name is Jorge Luis MIREZ TARRILLO.
I am Peruvian and live in Lima, capital of Perú in South America.I am Mechanical Electrical Engineering, MSc Physics and Dr. Physics (title doctoral thesis: Control, Optimization, and Management of Microgrid Current Direct)
Too, actually job as Principal Professor in Faculty of Oil, Gas and Petrochemical Engineering of Universidad Nacional de Ingeniería (National University of Engineering) in Lima – PERU (Courses: Modern Physics, Differential Equations and Research's Methodology)
My subjects of my interest are control, signal processing, optimization, simulation, biomedical research, smart grid, microgrid, water.
I have experience in Matlab/Simulink programming, biomedical equipment, electrical systems, renewable energies, microgrids, saturated steam systems 100 psi and organizing academic events.
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