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Cadena funcional y etapas de conversión de un conversor de energía eólica

La figura muestra las diferentes etapas y procesos involucrados desde la captura de energía del viento hasta la entrega final de la energía eléctrica a la red externa. La parte de la turbina eólica que lo que procura es capturar la máxima cantidad de energía del viento y convertirla en energía mecánica en movimiento rotacional la cual es adecuadamente manipulada para que sea aprovechada en el generador eléctrico. Pero debido a lo variable que es el viento, las RPM que se tiene en el eje con cambiantes y así mismo la carga eléctrica conectada que induce contratorques aleatorios en el generador, por lo tanto, en ese aspecto entra sistemas de control y supervisión que permiten en primer lugar asegurar el suministro de energía, luego disponerla de una manera que cumpla la normativa de calidad eléctrica. En el caso de Perú, el despacho desde parques eólicos tiene prioridad y es por ello que se cuida mucho que la potencia generada por las turbinas no sea apreciable ya que el resto del mercado funciona al mínimo costo por medio de comportamiento determinísticos y planificados del mando y operación de las centrales eléctricas del sistema.


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main components of a wind turbine

En la figura se muestra los principales componentes de una turbina eólica. Todos estos mecanismos se pueden observar ya en diseños pequeños aerogeneradores de buen diseño y mucho más en los grandes aerogeneradores. La figura va más en el sentido de los grandes aerogeneradores, estudiarlos implica adentrarse dentro de más ingeniería con problemas en desarrollo y en constante mejora de tecnologías. Están los álabes los cuales capturan parte de la energía contenida en el viento y lo llevan al mecanismo de transmisión, el que por medio de un sistema de engranajes la potencia mecánica es conducida al eje del generador eléctrico. En el mismo eje del generador eléctrico se conecta un freno. Adicional a esto esta el sistema de giro de toda la góndola para que la turbina siempre haga frente al viento. Un sistema de medición de dirección y velocidad del viento se coloca también y constantemente envía información al sistema de control. He hecho modelos de turbinas eólicas y sus curvas de potencia… pronto lo pondré a la venta desde los modelos más básicos hasta los más avanzandos, todos estos hechos en Matlab/Simulink para que puedan comenzar haciendo sus estudios e investigaciones de la mejor manera posible.


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wind_speed_difference_input_output

El viento es masa de aire en movimiento y por lo tanto energía cinética neta. Esta masa en movimiento antes de interactuar con las palas de una turbina eólica se desplaza libremente según la diferencia de presiones entre dos zonas de la atmósfera que permite la creación de los vientos. Esta presión permite que se definan unas líneas de flujo. Al momento de interactuar con la turbina parte de la energía cinética contenida en el viento es capturada por los álabres de la turbina y por lo tanto, disminuye su energía cinética que es la esencia de la energía que contienen, y por lo tanto, como resultado se observa una reducción de la velocidad del viento y una expansión de las líneas de flujo caracterizado por una leve reducción de la densidad. Pasada cierta distancia el aire de alrededor de esta velocidad reducida comienza a compensar y comprimir estas líneas de flujo expandidas a un estado normal para ello se gasta parte de energía del viento circundante interactuada por goles cinéticos entre las moléculas de los diferentes componentes del aire.


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