informe final aerogenerador y panel fotovoltaico
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Analisis de la implementación de un aerogenerador y panel fotovoltaico en una localidad central de ChileTRANSCRIPT
TAREA Nº2
Energía eólica y Energía solar
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA
QUIMICA
ÍNDICE
1. DATOS .................................................................................................................. 1
2. METODOLOGIA DE CÁLCULO ........................................................................ 4
3. RESULTADOS ................................................................................................... 10
4. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................. 13
1
1. DATOS
Grafico 1.1. Velocidad media mensual para el sitio escogido
Grafico 1.2 Distribución de frecuencia de la velocidad para viento a 5 metros.
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0
Fre
cue
nci
a %
Velocidad [m/s]
2
Tabla 1.1 Relación entre la velocidad anual, su respectiva frecuencia y su factor
ponderado.
Velocidad (m/s) Frecuencia % Ponderación
0,2 0,80 0,0016
0,6 2,40 0,0144
1,0 3,25 0,0325
1,4 4,40 0,0616
1,8 4,50 0,0810
2,2 3,80 0,0836
2,6 4,20 0,1092
3,0 4,10 0,1230
3,4 4,40 0,1496
3,8 4,70 0,1786
4,2 4,80 0,2016
4,6 5,40 0,2484
5,0 5,90 0,2950
5,4 6,90 0,3726
5,8 7,70 0,4466
6,2 7,90 0,4898
6,6 7,10 0,4686
7,0 7,30 0,5110
7,4 5,30 0,3922
7,8 2,80 0,2184
8,2 1,40 0,1148
8,6 0,75 0,0645
9,0 0,20 0,0180
4,6 100,00 4,6766
Tabla 1.1 Características del sitio.
Características del sitio
Latitud 33.111 S
Longitud 71.706 O
Elevación 230,1 msnm
Densidad aire 1,21
3
Tabla 1.2 Radiación promedio mensual de la energía sumada sobre todas las horas del
día.
Meses Radiación (kWh/m2·dia)
Enero 7.23
Febrero 6,46
Marzo 5,27
Abril 3,81
Mayo 2,26
Junio 1,91
Julio 2,3
Agosto 2,96
Septiembre 4,28
Octubre 5,96
Noviembre 6,54
Diciembre 7,25
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2. METODOLOGIA DE CÁLCULO
Aerogenerador
Por medio de la pagina http://ernc.dgf.uchile.cl/Explorador/Eolico2/ se genero un
informe de la zona a estudiar utilizando una altura de 5 metros de altitud sobre el
nivel del suelo.
4.1.1-Calculo de velocidad ponderada del viento para la zona estudiada.
Por medio de la tabla 1.1 se procederá a determinar la velocidad promedio anual
ponderada.
Los resultados obtenidos se presentaran en la tabla 3.2
4.1.2-Calculo del área barrida por el aerogenerador.
Se escogió un diámetro de 4 metro para las hélices del aerogenerador, determinando
un área barrida:
5
Corrigiendo la velocidad media calculada para una nueva altura de 8 metros por
medio de un factor de 0,13 correspondiente a un terreno poco rugoso tenemos:
Los resultados obtenidos se presentaran en la tabla 3.2
4.1.3-Determinacion de la potencia eólica
Para una densidad de 1,21 kg/m3, se procederá a determinar la potencia eólica
Los resultados obtenidos se presentaran en la tabla 3.1
4.1.4-Determinacion de la potencia eléctrica
Una vez determinada la potencia eólica se procederá a determinar la potencia
eléctrica entregada suponiendo un Cp de 0,5 y un rendimiento eléctrico de 0,95:
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Los resultados obtenidos se presentaran en la tabla 3.1
4.1.5-Validación del diámetro de rotor.
El diámetro del rotor es el adecuado debido a que Vpp es menor a los 340 m/s que
representa la velocidad del sonido, pudiendo generarse una cavitación en el caso de
que el valor de Vpp sobrepase los 340 m/s.
Los resultados obtenidos se presentaran en la tabla 3.3
4.1.6-Calculo del número de paletas:
Los resultados obtenidos se presentaran en la tabla 3.3
Debido a que el λ es de 12,6, se encuentra entre el intervalo 5-15 escogiendo dos
paletas para el aerogenerado
7
Sistema Fotovoltaico
Por medio de la pagina http://walker.dgf.uchile.cl/Explorador/Solar2/ se genero un
informe de la zona a estudiar correspondiente al periodo de 2003-2011.
Ya que por medio de nuestro aerogenerador se consiguió generar un total de 0,44 W
su buscara cubrir la diferencia por medio de un sistema fotovoltaico.
De la tabla xxx correspondiente a la radiación media mensual del lugar estudiado para
el periodo 2003-2011, se escogerá el mes de Junio para efecto de cálculos debido a
que es en este mes donde la radiación solar es minima tomando un valor de 1,91
kWh/m2·dia.
4.2.1-Calculo de horas pico solar.
4.2.2-Calculo del número de paneles solares.
Para el número de paneles solares necesarios se utilizara unos paneles modelo
Isofoton I-100 MC con un voltaje de 12 V y con una potencia nominal de 100 W.
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Como utilizaremos un voltaje de 48V, tomaremos un número de paneles múltiplo de
cuatro utilizando finalmente 60 paneles solares.
Los resultados obtenidos presentaran en la tabla 3.5
4.2.3-Calculo del número de estructuras de soporte
Se utilizaran en cada estructura de soporte un número de 4 paneles solares de esta
manera se tendrá:
Se utilizara una estructura de 48 V.
Los resultados obtenidos presentaran en la tabla 3.6
4.2.4-Calculo de la cantidad de reguladores.
Se agruparan los 60 paneles en 2 grupos con 7 y 6 conjuntos cada uno de la cual cada
conjunto tendrá 4 paneles de esta manera tenemos:
Se utilizara un regulador TAROM 430 de 48V con un corriente de 30A
Los resultados obtenidos presentaran en la tabla 3.7
9
4.2.5-Dimensionamiento de las baterías.
Se supondrá un máximo de un día de autonomía
Los resultados obtenidos presentaran en la tabla 3.8
4.2.6-Calculo del número de baterías que se requieren
Para los efectos de cálculo se utilizara una batería modelo EnerSol 80 con una
capacidad de 80 Ah.
Se utilizaran cuatro baterías para nuestros 60 paneles solares conectadas en serie.
4.2.7-Determinación del inverso
Ya que se busca cubrir una demanda de 2,75 kW (una cantidad ligeramente mayor
que los 2,56 kW) y para unos 48 V se escogerá un modelo Poenix Multi C 48/3000
con un voltaje DC de admisión de 48, potencia continua de 3000 W, voltaje CA de
salida de 230 V con una onda senoidal.
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3. RESULTADOS
Se utilizara un diámetro de paletas de 4 metros.
Tabla 3.1 Relación entre diámetros, potencia eólica y potencia eléctrica
Diámetro (m) Potencia eólica (kW) Potencia eléctrica (kW)
2 0,23 0,11
4 0,93 0,44
6 2,10 1,00
8 3,74 1,77
Tabla 3.2 Velocidad promedio anual, velocidad ponderada según la frecuencia anual
y velocidad modificada para una altura de 8 metros.
Velocidad promedio (m/s) Velocidad ponderada (m/s) Velocidad modificada (m/s)
4,60 4,68 4,97
Tabla 3.3 Relación entre la velocidad en la punta de la pala, velocidad específica y nº
de paletas.
Vpp λ Nº paletas
62,83 13 2
Tabla 3.4 Características y costo del aerogenerador escogido.
Aerogenerador
Empresa Bornay
Nº helices 2
Diametro (m) 4
Voltaje (V) 24, 48, 120
Potencia nominal (W) 1500
RPM 300
Costo € 5800
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Tabla 3.5 Descripción del panel fotovoltaico utilizado con sus respectivos costos
asociados.
Paneles fotovoltaicos
Modelo Isofotón I-100 MC
Descripción
Potencia nominal (W) 100
Voltaje nominal (V) 12
Cantidad 60
Precio € 825
Precio Total € 49523
Tabla 3.6 Descripción de la estructura utilizada con sus respectivos costos asociados.
Soporte
Modelo Agridrovert Solar
Descripción Est. Acero galvanizado
Potencia nominal (W) 100
Cantidad 15
Precio € 275
Precio Total € 4125
Tabla 3.7 Descripción del regulador utilizado con sus respectivos costos asociados.
Reguladores
Modelo TAROM 430
Distribuidor Agridrovert Solar
Corriente (A) 30
Voltaje (V) 48
Cantidad 2
Precio € 350
Precio Total € 700
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Tabla 3.8 Descripción de la batería utilizada con sus respectivos costos asociados.
Baterías
Modelo EnerSol 80
Descripción SLI modif. Monnoblock
Capacidad (Ah) 80
Voltaje (V) 12
Horas descarga 100
Cantidad 4
Precio € 350
Precio Total € 1400
Tabla 3.9 Descripción del inversor utilizado con sus respectivos costos asociados.
Inversor
Modelo Poenix Multi c 48/3000
Distribuidor Victrón
Voltaje DC de ad. (V) 48
Potencia continua (W) 300
Voltaje de salida (V) 230
Tipo de onda salida senoidal
Cantidad 1
Precio € 2800
Precio Total € 2800
Tabla 3.10 Relación precio estructura y precio final del sistema fotovoltaico.
Estructuras Cantidad Precio € Precio estructuras €
Paneles 60 825 49500
Baterías 4 85,9 344
Soporte 15 275 4125
Reguladores 2 350 700
Inversor 1 2800 2800
Precio final 57469
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4. BIBLIOGRAFÍA
http://walker.dgf.uchile.cl/Explorador/Eolico2/
http://walker.dgf.uchile.cl/Explorador/Solar2/
http://www.merkasol.com/Aerogeneradores
http://www.olx.cl/q/aerogenerador/c-210
http://www.solostocks.com/venta-
productos/generadores/aerogeneradores/aerogenerador-bornay-1500-w-120v-2-palas-
con-inversor-de-conexion-a-red-8804959
http://www.solostocks.com/venta-
productos/generadores/aerogeneradores/aerogenerador-enair-30-a-220-v-con-3-palas-
8805667
http://www.teknosolar.com/fotovoltaica-aislada/eolica-aislada/aerogeneradores.html