WO2014041219A1 - Procedimiento eolicoforzado de produccion de energia electrica - Google Patents

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Abstract

El procedimiento se encuadra en el sector técnico de las centrales de producción de energía eléctrica, mas concretamente en las centrales eólicas o parques eólicos. La batería de motoventiladores (1)(2) aspira aire de la atmósfera y descarga en el conducto de forma tronco de pirámide rectangular (3), en la descarga del conducto se instala una turbina (4) conectada a un generador eléctrico (5). La turbina evacúa a la atmósfera. Aplicando al diagrama n° 1 y 2 las formulas del calculo de potencia, en la entrada y salida del conducto y estableciendo la relación obtenemos que P2 = Cpt/Cpv S2 1/S2 2 P1 donde P2 = Potencia en salida del canal en KW, Cpt = Coeficiente de potencia de la turbina, Cpv = Coeficiente de potencia de los ventiladores, S2 1 = Área barrida en la entrada en m2, S2 2 = Área barrida en la salida en m2, P1 = Potencia en la entrada del conducto en KW. Con este procedimiento se puede obtener hidrógeno a precios más económicos, que los del petróleo. La contaminación por CO2, se reduce prácticamente a cero. El procedimiento se puede utilizar en todos los sectores de la industria y en especial en aquellos donde el consumo es significativo.

Description

PROCEDIMIENTO EOLICOFORZADO DE PRODUCCION DE ENERGIA ELECTRICA
Sector de la técnica
El procedimiento se encuadra en el sector técnico de las centrales de producción de energía eléctrica, mas concretamente en las centrales eólicas o parques eólicos.
Estado de la técnica
Actualmente, según la clase de energía primaria utilizada, se tienen los siguientes tipos: Centrales hidroeléctricas, cuando las maquinas productoras de energía, son accionadas por turbinas hidráulicas. Se dividen en centrales de agua corriente, en la que no existe la posibilidad de acumulación de liquido, por lo cual toda el agua recibida se utiliza sin intervalos de tiempo, centrales de embalse, en las cuales, es posible la conservación en embalses construidos aguas arriba, por lo cual el aprovechamiento del agua puede efectuarse en el momento deseado y centrales de bombeo, en las cuales el agua es bombeada de un embalse inferior a otro superior, normalmente se bombea, cuando el consumo en la red eléctrica es menor y se turbina cuando el consumo es mayor. Centrales térmicas, cuando las maquinas motrices son de vapor (generalmente turbinas) o bien motores de combustión interna. Dependiendo de la materia prima utilizada para la producción de vapor, tenemos, centrales térmicas de carbón, centrales térmicas de fuel-oil y centrales térmicas de gas o ciclo combinado. Centrales nucleares o atómicas, son las que utilizan la energía producida por la transmutación del átomo para producir calor, que serviría a su vez, para accionar las maquinas eléctricas. Centrales geotermoelectricas, son las que aprovechan, el vapor desprendido espontáneamente de la corteza terrestre. Energías renovables, son las que utilizan la energía producida por los fenómenos naturales, como el viento, el sol, las olas, las mareas o la biomasa.
Seria deseable que la producción de energía eléctrica no dependiera de una manera significativa del petróleo y sus derivados, para evitar la especulación que se produce en el sector y las emisiones de C02 a la atmósfera.
La presente invención utiliza como energía primaria, la energía eléctrica de la red, para mover una batería de ventiladores, que recircula aire de la atmósfera a un conducto en forma de tronco de pirámide rectangular. La descarga del conducto, se conecta con un turbogenerador eólico, que evacúa a la atmósfera.
La velocidad del aire a la salida del conducto es mayor, que en la entrada. Como la energía es proporcional al cuadrado de la velocidad, la energía en la salida será mayor que en la entrada. Un proceso trabajando en las condiciones expuestas, auto alimentaría la red eléctrica y la regularía, evitando la dependencia del petróleo y las emisiones de C02.
Descripción detallada de la invención. La formula para el cálculo de la potencia útil es:
Pu = Cp 1/2 p Q V2 = Cp 1/2 p S V3 donde
Pu = Potencia útil
Q = Caudal
Cp = Coeficiente de potencia
p = densidad V = Velocidad
S ' Area barrida
Aplicando las formulas al proceso del diagrama n° 1 tenemos para la entrada al conducto (Si)
Pj= CpVl/2* l,24QiV2 ! /100 =Cpvl/2* l,24S,V3 1 /100 donde
Pi = Potencia en la entrada al conducto en KW
Cpv = 0,4 (coeficiente de potencia del ventilador)
Qi = Caudal en la entrada del conducto en m /seg.
Si = Área barrida en la entrada en m2
Vi = velocidad en la entrada del conducto en m/seg. Salida del conducto (S2)
P2 = Cpt 1/2* 1 ,24Q2 V2 2/100 = Cptl/2* 1,24S2V3 2 /100 donde
P2 = Potencia en la salida del conducto en KW
Cpt = 0,2 (coeficiente de potencia de la turbina)
Q2 = Caudal en la salida del conducto en m3/seg.
S2 = Area barrida en la salida en m
V2 = velocidad en la salida del conducto en m/seg.
Si dividimos la potencia de la salida del conducto (P2) por la potencia la entrada (Pi) tenemos: P2 /P, = Cpt/Cpv V2 2 /V\ = Cpt/Cpv S2/S, V3 2 /V3j
El caudal en la entrada es el mismo que el caudal en la salida, lueg
Figure imgf000006_0001
SiV, = S2 V2 y ν2= 8,ν,/¾
Sustituyendo tenemos
P2 P1 = Cpt/Cpv S2!/S2 2 de donde
Figure imgf000006_0002
Sustituyendo
P2— Cpt CpV n3 S2 V / S2 2 Pv n = numero de motoventiladores
Sv = Área de descarga del ventilador
Pv = Potencia del ventilador en KW
Figure imgf000006_0003
V2 = 10 Vi
Si S2 = 0,05Si
Figure imgf000007_0001
Como se puede observar si S2 es igual al 10% de Si, la potencia en la turbina es cien (100) veces mayor que la potencia de los ventiladores y la velocidad en la salida es diez (10) veces mayor que en la entrada.
Y si S2 es igual al 5% de S^ la potencia en la turbina es cuatrocientas (400) veces mayor que la potencia de las ventiladores y la velocidad en la salida es veinte (20) veces mayor que en la entrada.
Con este procedimiento se puede obtener hidrogeno a precios mas económicos, que los del petróleo. La contaminación por C02, se reduce prácticamente a cero.
El procedimiento se puede utilizar en todos los sectores de la industria y en especial en aquellos donde el consumo es significativo.
Diagrama n° 1 y 2
La batería de ventiladores (2) aspira aire de la atmósfera y descarga en el conducto en forma de tronco de pirámide rectangular (2), en la descarga del conducto se instala una turbina (4) conectada a un generador eléctrico (5). La turbina evacúa a la atmósfera. Los ventiladores se mueven con motores eléctricos (1) Exposición detallada de un modo de realización de la invención
CENTRAL EOLICOFORZADA DE 1500KW
Elegimos un ventilador rotativo de baja presión, conocido y probado. En este caso, un ventilador de las características siguientes:
Potencia (P) = 5,5 KW
Caudal (Q) = 2 m3 /seg.
1440 r.p.m.
Presión de descarga = 120 mm C.A,
Sección de descarga = 0,504*0,406 = 0.2 m2
Elegimos como turbina eólica, una turbina de eje vertical tipo H ó similar. El área barrida(S) la elegimos por tanteo, en éste caso de 1,20* 1,20=1,44 m
La potencia de una turbina eólica se calcula con la fórmula siguiente:
P = 1/2 Cpp S V3 /100 Cp = r,t luego
P = 1/2 nt p S V3 /100 dónde
P = potencia en KW, rx = rendimiento total, p = densidad del aire, S= área barrida en m2 , V = velocidad del aire en m/seg., r\t = ¾ ηε Cp dónde r|m= rendimiento mecánico, η e= rendimiento eléctrico, Cp = coeficiente de potencia ó rendimiento de la turbina. Si r|m = 0,85, ηε = 0,8 y Cp = 0,3 ( Para una turbina d eje vertical y una relación de velocidades de 5)
nt - 0,85*0,80*0,30 = 0,204.
Despejando
V = (P* 100*2/nt*p*S)1/3 dónde
P = 1500 KW
Figure imgf000008_0001
-p = l,24
S = 1.44 m2 V = (1500* 100*2/0,2* 1,24*1,44)1/J = 94,3559 m/seg.
El caudal necesario = V*S = 94,3559* 1,44 = 135,872496 = 136 mVseg., si cada ventilador tiene un caudal de 2 m /seg.
El número de ventiladores será de 136/2 = 68
Elegimos 70 para tener algunos de reserva
Las dimensiones del conducto, las define parcialmente el volumen de los equipos. La sección de entrada la define los ventiladores y la sección de salida la turbina.
Sección de entrada - 110 *2,5 = 275 m2
Sección de salida = 1,3*2,5 = 3,25 m2
Longitud = 175 m.
Las revoluciones de la turbina las define el Cp = 0,30, que corresponde a una relación de velocidades de 5, es decir W*r/V = 5 , 2jirW/60V = 5 dónde W = 5*60*V/2nr = 5*60*94,3559/2*3.14*.60 = 7510 rpm. Elegimos una turbia de eje vertical de 7500 rpm.
Si elegimos un generador asincrono de rotor en cortocircuito y un convertidor de plena regenerativo para conectar a red, de 1500Kw 400V 50Hz y 3000 rpm, necesitamos un multiplicador de ejes paralelos de alta velocidad y una relación 7500/3000 = 2,5 Todos los materiales y equipos son de fabricación comercial, su elección depende de la calidad, que se desee en la instalación.
Producción de la instalación 1500KWh
Consuno 70*5,5 = 385 KWh Como se puede observar la producción es casi cuatro veces mayor, que el consumo.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento para la producción continua de energía eléctrica, utilizando la energía cinética del aire, producida por la recirculación forzada del aire, en un conducto, con sección de entrada, mayor que la sección de salida.
Un procedimiento que comprende las siguientes etapas:
- La batería de moto ventiladores, centrífugos de baja o media presión, aspira aire de la atmósfera y descarga en el conducto en forma de tronco de pirámide rectangular. En la entrada y salida de aire de cada ventilador, se instala una compuerta de regulación. Los motores eléctricos, trifásicos, de los ventiladores, se conectan a la red eléctrica con transformador, seccionador, equipo de medida y protecciones.
- En el conducto de sección de entrada mayor que la sección de salida, el aire, aumenta su velocidad en la sección de salida. Con un dimensionado adecuado, se puede conseguir la velocidad y la energía cinética deseada.
- La energía cinética del aire, se convierte en energía mecánica, en la turbina, de eje horizontal o vertical. La turbina, se puede acoplar directamente al generador eléctrico o con multiplicador. La energía mecánica de la turbina, se convierte en energía eléctrica en el generador eléctrico. El generador eléctrico, trifásico, puede ser síncrono o asincrono. Si utilizamos el generador asincrono, es recomendable, con rotor en cortocircuito y un convertidor de plena carga regenerativo para conectar a la red eléctrica con transformador, seccionador, equipo de medida y protecciones. La potencia eléctrica se regula, actuando sobre el caudal de aire en recirculación. La turbina evacúa el aire a la atmósfera.
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