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Energía eólica

Antecedentes históricos. Circulación general. Tipos de vientos. Velocidad del viento. Ley exponencial de Hellmann. Energía útil del viento. Curvas de potencia. Representación estadística del viento. Distribuciones de Rayleigh y Weibull
Fuerzas sobre un perfil. Polar de un perfil. Fuerzas de arrastre y ascensional en perfiles fijos. Acción del viento sobre el perfil, potencia y rendimiento. Nomenclatura de perfiles. Fuerzas de arrastre y ascensional en perfiles móviles. Fuerzas de par y axial. Par motor. Rendimiento aerodinámico de las hélices. Potencia y par motor máximos. Modelo teórico de Betz. Rotor multipala. Fuerza axial de una hélice multipala. Cálculo de la fuerza de par y par motor. Teoría turbillonaria de hélices eólicas. Optimización de una central eólica


Máquinas eólicas de eje horizontal y de eje vertical. Aerogeneradores de eje horizontal. Cargas que actúan sobre el rotor. Vibraciones. Materiales de construcción. Dimensionado de las palas. Sistemas clásicos de regulación de la velocidad de giro. Mecanismos de orientación. Tendencias actuales en el diseño de la altura de la torre y diámetro del rotor. Torres flexibles y rígidas. Tendencias actuales en el diseño de aerogeneradores: paso variable y paso fijo, velocidad variable y fija. Deslizamiento variable. Velocidad variable con generador de inducción doblemente alimentado. Velocidad variable con generador síncrono multipolo.
Parámetros prácticos utilizados en el diseño de máquinas eólicas. Relación de velocidad periférica TSR. Relaciones prácticas entre Cx y Cy. Factor de actividad. Rendimiento aerodinámico. Coeficiente de par. Dimensionado de un rotor eólico: area frontal barrida por la pala, tamaño de las palas (coeficiente de solidez). Resistencia aerodinámica del rotor: fuerza centrífuga. Resistencia aerodinámica de la pala: momento flector de la pala. Momento de torsión del eje de giro. Diseño y cálculo simplificado de aerogeneradores eólicos rápidos de eje horizontal: diámetro del rotor, acoplamiento rotor eólico-generador eléctrico. Solidez y número de palas. Perfil de la pala. Cálculo del coeficiente ascensional máximo. Longitud de la cuerda, y cálculo de la relación (R/L) de la pala. Corrección del ángulo de incidencia. Cálculo del ángulo de calaje. Diseño y cálculo simplificado de aerogeneradores eólicos lentos de eje horizontal. Molinos multipala. Descripción y posibilidades de los aerogeneradores de eje vertical: anemómetros, aerogeneradores Savonius y Darrieux. Otros tipos de máquinas eólicas: difusores, alas delta, generador Andreu-Enfield, sistemas tornado, chimenea eólico-solar, rotor Savonius con difusor

El programa americano: Aerogenerador Smith-Putnam de 1,25 MW
Percy Thomas de 6,5 MW, experimentales MOD 0 de 100 kW, MOD 1 y MOD 2. Aerogeneradores experimentales de 4, 6,2 y 7,5 MW. Finlandia, Rusia, Hungría, Holanda, Italia, Suecia, Dinamarca: Aerogenerador de Tvind, NIBE, Volund, Kurian, Holger Danske y Dansk Vindkraít. Alemania: Aerogeneradores Growian de 265 kW y 3 MW. Francia: Aerogenerador Andreau Enfield, Best Romani de Noi-le-Régent de 800 kW, Neyrpíc de 132 kW y de 800 kW de St. Rémy des Landes (Manche), Aerowatt , Enag y Aeroturbine.- Inglaterra: Aerogenerador de Smith (Isla de Man), Aerogenerador de 3,7 MW en las islas Orkney. España: Actualización al año 2000. Parques eólicos de La Muela (Zaragoza), Estaca de Bares (La Coruña), Cabo Creus (Gerona), Monte Ahumada (Cádiz), Cabo Villano. Aerogenerador AE20.. Condiciones de venta a la red. Proyectos utópicos, Heronemus, Edgar Nazare, Aurora, Heidmann, Valioukine, Obert, Herter

Opciones de diseño en generadores y conexión a red. Opciones de velocidades del generador: velocidad constante, velocidad prácticamente constante y Velocidad variable. Sistema de refrigeración y control. Velocidad de la aeroturbina: Funcionamiento por variación del ángulo de paso (\"Pitch control\"), control por pérdida aerodinámica (“Stall control”), control activo por pérdida aerodinámica (“Active stall control”), control de la potencia. Aerogeneradores de velocidad constante: comportamiento respecto a la red. Aerogeneradores de velocidad variable: con control pitch, con generador asíncrono de rotor devanado y convertidor electrónico entre el rotor y la red. Comportamiento respecto a la red con control de paso de pala, equipados con generador síncrono, acoplados directamente al eje de la turbina ó a través de una caja multiplicadora. Comportamiento respecto a la red: conexión rotor-alternador. Sistemas de conexión a la red: Conexión indirecta de aerogeneradores a la red, generación de corriente alterna (AC) a frecuencia variable, conversión a corriente continua, conversión a corriente alterna de frecuencia fija. Filtrado de la corriente alterna. Ventajas de la conexión indirecta a red; velocidad variable. Desventajas de la conexión indirecta a red. Comportamiento ante los huecos de tensión: Generador jaula de ardilla, generador asíncrono doblemente alimentado y generador síncrono de velocidad variable. Otros componentes: controlador electrónico de la turbina eólica, comunicación con el exterior, comunicaciones internas. Mecanismos de autoprotección. Control de la calidad de la potencia en aerogeneradores, control de la potencia reactiva, compatibilidad electromagnética. Anexos: Aeroturbinas con generadores síncronos. Sistema de acoplamiento directo aeroturbina-generador síncrono. Cambio de la velocidad de rotación del generador. Aeroturbinas con generadores asíncronos (inducción): rotor de jaula de ardilla como motor y como generador. Deslizamiento del generador. Cambio del número de polos del generador. Generador de número de polos variable, dos velocidades. Generadores de deslizamiento variable. Nomenclatura y esquemas eléctricos y electrónicos


Concepto de parque eólico. Impacto ambiental de los aerogeneradores eólicos: efectos meteorológicos sobre el microclima y sobre la fauna y flora. Ruido, Interferencias con ondas de televisión y radiocomunicaciones. Consumo de energía, seguridad y utilización del terreno. Protección contra el rayo.- Formas de conexión de parques eólicos a la red eléctrica: aerogeneradores con máquina de inducción doblemente alimentada y red de MT, aerogeneradores con máquina de inducción y compensación de reactiva centralizado, aerogeneradores con control de velocidad individual a través de una red interna de continua, aerogeneradores sin control de velocidad individual con una red interna de continua. Efectos de la conexión de un parque eólico a la red eléctrica. Variación de la tensión en la conexión de los aerogeneradores. Parques off-shore. Aerogeneradores flotantes.
Se hace un recorrido por distintas culturas antiguas, sobre algunos dispositivos que utilizaban la energía del viento para moler, regar o navegar, y se concluye en el siglo XIX con molinos europeos y americanos

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