Archive for the ‘Energía Eólica’ Category
Desde el año 2008, he venido trabajando haciendo Modelamiento (en caso sea necesario) y simulaciones. Mi situación por aquella época era precaria, así que no me quedo otra que el autoaprendizaje de Matlab/Simulink partiendo por el Help de Matlab y la numerosa literatura disponible gratuita en la web. Hay cosas que necesitan hacer un Modelamiento, son aquellos nuevos casos o aplicaciones particulares y específicas que requieren detalles no contemplados en la literatura. Hay casos en que no es necesario hacer el Modelamiento pues ya hay libros o literatura que te da el o los modelos matemáticos y la tarea que se tiene es escribir en el Matlab/Simulink cada ecuación, enlazarlas y eliminar los errores (que a veces es una tarea épica). Las simulaciones recrean los diversos y diferentes escenarios que se desean conocer, aquí, el criterio del programador es de vital importancia para definir los límites de cada escenario de simulación y la evaluación de los resultados, por lo general gráficas lineales o en 2D ó 3D. Es una herramienta muy poderosa y gran utilidad los programas de programación, en especial, de alto nivel, reducen el tiempo de cálculo y brinda resultados de escenarios que trabajados de manera analítica (a mano) serían más que imposibles. Las únicas herramientas son un software de programación de alto nivel y una computadora. Esto es lo que puede hacer ya que en toda universidad hay computadoras. Sin embargo surge cosas curiosas, por ejemplo la falta de visión en no desarrollo de temas actuales. Por ejemplo, en mi país PERU, se están instalando mas de un ciento de MW de generación eólica y algo menos en generación solar, potencias importantes para nuestro sistema eléctrico nacional que es pequeño, y en este caso, NO hay una colaboración cercana entre Estado – Universidad – Empresa, no hay transferencia de tecnología ni alguna universidad se haya puesto a crear capacidades humanas y tecnológicas para atender tales instalaciones hoy y en el futuro. Hasta quienes como yo, que estoy haciendo algo de renovables, control y muchas simulaciones se nos hace difícil acceder a dichos mercados laborales y hasta resulta que no lo creo que hayan pasado varios meses y hasta ahora no logro que me contraten de nuevo para hacer docencia universitaria (alguna universidad o país se puede interesar en mis capacidades?). Puedo mencionar que quienes realizan simulaciones guardan o tienen muy en práctica, un estricta forma de razonamiento y orden de hacer las cosas, algo difícil de lograr en sistema educativo memorístico. Tal es mi apreciación, que ya desde la escuela y el colegio cursos de programación en programas de alto nivel deberían ya tener, la juventud y niñez captan mucho más rápido las herramientas tecnológicas. Como usuario de Matlab/Simulink y como Admin del Grupo de Matlab más grande de Facebook, ánimo a MathWorks Inc USA a desarrollar un paquete lo bastante básico, inspirador y que no afecte sus expectativas de negocios; para niños y jóvenes. En cuanto a la people universitaria sirve a todas las carreras y mejora mucho el entendimiento de cada tema. Seguiremos haciendo Modelamiento y simulaciones y aportando en este blog y los otros que tengo, y, espero que sirvan e inspiren.
Prestó para servirles.
ATTE:
Jorge Mírez.
Perú.
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Se ha venido realizando varios proyectos de generación con fuentes de energía renovables. La figura muestra los proyectos que han sido implementados o están en construcción o han sido adjudicados hacia el año 2013. Han habido varias dificultades, la primera se refiere a la poca visión del gobierno peruano de no haber considerado precios asequibles y tentadores para que los inversionistas privados tengan el interés por participar. El otro punto viene a ser las trabas administrativas, la excesiva documentación solicitada en tales subastas hechas por el Estado Peruano y un panorama no tan claro de perspectiva de energías renovables. Un estudio de máxima inyección de energía eólica al Sistema Nacional de Electricidad provee una cierta cantidad muy baja en porcentaje a la máxima demanda de todo el sistema, en comparación a las perspectivas tecnológicas de que en países como Dinamarca, se tiene como meta que toda la energía sea provista a partir de fuentes de energía renovables. Cuál es la traba? Pues los contratos de mediano y largo plazo con empresas generadoras a base de combustibles fósibles (petróleo, gas) con lo que el suministro de se ve ya sujeto a la quema de hidrocarburos, en un país que es el tercero entre lo más afectados por el cambio climático global. Salvo mejor opinión.
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Droop tiene muchos usos y aplicaciones en el control de motores. Sin algún forma de droop, el control de velocidad del motor sería inestable en la mayoría de los casos. Droop se define como una disminución en el ajuste de velocidad en la carga aumenta. Droop se expresa como un porcentaje de la velocidad original de ajuste desde sin carga hasta plena carga. El porcentaje normal de recomendada de droop es de 3% a 5%. Un mínimo de 2,5% es necesario para mantener la estabilidad en un regulador de velocidad-droop. Droop se calcula con la siguiente fórmula:
Si en lugar de una disminución en la velocidad de ajuste de un incremento tiene lugar, el gobernador es mostrando droop negativa. Droop negativa causará inestabilidad en un gobernador. Gobernadores hidro-mecánicos simples tienen la función droop incorporado y siempre operar en droop. Gobernadores más complejos incluyen droop temporal, que
devuelve el valor de velocidad en su valor original después de la velocidad del motor a recuperado de un cambio en la velocidad o de cargas. La droop temporal se llama «Compensación».
En un sistema sin droop, un aumento de la carga hará que el motor se desacelere. El gobernador responderá aumentando el combustible hasta que la velocidad del motor haya regresado a la velocidad original.
Debido a las propiedades combinadas de la inercia y la potencia de retardo, la velocidad del motor continuará aumentando más allá de la ajuste de velocidad original, provocando un sobrepico en la velocidad. Tendrá el gobernador que responder disminuyendo la velocidad para corregir la rebasamiento. Esto puede ahora demasiado corregir la velocidad en la otra dirección que provoca un sobrereducción. Esta corrección excesiva de la velocidad en ambas direcciones (inestabilidad) se amplificar hasta que el motor se dispara por sobre exceso de velocidad (ver figura)
Figure: Response curves of governor without droop or compensation
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Con los datos recolectados en el lugar potencial de emplazamiento de una turbina o de una parque eólico, un primer paso es el de analizar la frecuencia con que se repite una determinada velocidad de viento. En la gráfica se representa la cantidad de eventos según la velocidad del viento (en el eje horizontal)… Fue algo trabajoso analizar la data y crear el código necesario para limpiar los valores cero que se tenía (obvio eran mas de 8700 datos y no se iba a ser uno por uno) pero luego de crear la lógica necesaria nos muestran un excelente histograma con velocidad máximas en el orden de 5 m/s pero con velocidades altas también. Posteriores análisis podrían conllevar a determinar la potencia de la posible instalación, el factor de planta entre otras variables de importancia técnica y económica. Lo hice en Matlab de MathWork Inc.
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Conseguir datos reales de una instalación potencial de parque eólica es algo difícil pero ahi tenemos una figura. No sólo es la data lo importante sino como es que viene estructura, a momentos tenemos que ajustar la línea de tiempo y los valores máximos y mínimos de la escala. En nuestro caso la escala horizontal es en número de días del año y la escala vertical es a partir de la velocidad nula del viento. Podemos observar en la figura que hay fechas durante el año en que no existen datos; esto es un problema pero resulta ser una situación que se puede dar y se da. Ante este problema se puede usar varias técnicas para hacer una tendencia del comportamiento, pero no el tema de este post. Este post trata de mostrar la data recolectada y ser el punto de inicio para análisis por histogramas de capacidad de planta, potencia posible, etc. Hecho en Matlab de MathWork Inc…
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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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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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Los datos de campo son importantes para cualquier estudio en energías renovables, desde la producción de energía eléctrica hasta vibraciones o cosas más técnicas. En la gráfica les muestro los datos de todo un año (sólo que no he ajustado en el eje horizontal según el número de días del año) . Se puede observar que existen muchos datos, sin embargo, hay una zona en que los datos no existen, por lo tanto, es data ideal para hacer estudios de predicción (para lo cual podría jugar con contraer la escala de tiempo), así como para estudiar la respuesta de alguna máquina ante las variaciones súbitas de viento tanto en su resistencia como el ajuste de energía eléctrica producida como sucede en el caso del control droop. La gráfica muestra valores bastante elevados de velocidad de viento. La data tiene la particularidad de mostrar la velocidad promedio en cada hora durante un año.
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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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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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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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El viento se genera por el calentamiento desigual que sufre la tierra. En las regiones ecuatoriales se produce una mayor absorción de radiación solar que en las polares; por estas razones el calentamiento es más intenso cerca del ecuador y durante el día, esto quiere decir que las zonas más calientes se mueven sobre la superficie de la tierra en su movimiento de rotación. Generalmente el aire caliente sube, para después circular por la parte superior de la atmósfera y caer en las zonas más frías. A nivel del suelo la circulación es en sentido inverso. El efecto combinado del desigual calentamiento de la tierra y de las fuerzas centrífugas y de Coriolis debidas a la rotación, da lugar a vientos a escala terráquea, con unas tendencias más o menos permanentes.
Un fenómeno similar sucede en zonas montañosas donde las brisas de montaña y de valle son originadas por el calentamiento del aire en contacto con las laderas.
A lo largo de un año las variaciones estacionales de la radiación solar incidente provocan cambios en la intensidad y dirección de los vientos dominantes en cada uno de los puntos de la corteza terrestre.
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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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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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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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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.
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