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WIND-A SPA - Vers 3
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ENTRENADOR MODULARDE ENERGÍA EÓLICA
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INDICE
1. COMPONENTS FOR ISOLATED WIND ENERGY INSTALLATIONS Pág. 5
1.1 Aerogeneradores Pág. 6
1.2 Regulador de carga Pág. 7
1.3 Acumuladores Pág. 9
1.4 Convertidores DC/AC Pág. 11
1.5 Cables eléctricos Pág. 15
2. DESCRIPCIÓN DEL ENTRENADOR DL WIND-A Pág. 17
3. PRÁCTICAS PROPUESTAS Pág. 33
3.1 Realización de las prácticas Pág. 33
3.2 Los cables de interconexión Pág. 33
3.3 Relación de prácticas Pág. 34
Prácticas nº1 - Identificación de los componentes Pág. 35
Prácticas nº2 - Instalación y comprobación del aerogenerador Pág. 37
Prácticas nº3 - Instalación y comprobación del anemómetro Pág. 39
Prácticas nº4 - Conexión del aerogenerador y anemómetro al entrenador Pág. 41
Prácticas nº5 - Regulación y carga de la batería Pág. 43
Prácticas nº6 - Instalación solar de corriente continua Pág. 45
Prácticas nº7 - Instalación solar de corriente alterna Pág. 47
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1. COMPONENTS FOR ISOLATED WIND ENERGY INSTALLATIONS
Las instalaciones de energía eólica denominadas aisladas se configuran con un conjunto decomponentes como muestra la figura al pie, y cuya descripción básica se da en los siguientesapartados.
Fig. 1.1 - Componentes principales de las instalaciones eólicas aisladas
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1.1 AEROGENERADOR
El aerogenerador es el convertidor indirecto de la energía cinética del viento en energía eléctrica.En los componentes de baja potencia para aplicaciones independientes en viviendas o similares (nolos de los denominados parques eólicos), se dan las siguientes características:
Potencia eléctrica a una velocidad del viento dada.
Número de palas.
Área barrida por las palas, en metros.
Tipo de corriente suministrada (alterna o continua).
Velocidad de arranque, en m/s.
El entrenador DL WIND-A incorpora un aerogenerador de 12V, 400W, con cinco palas.Opcionalmente puede incorporar otro de más potencia, cuyas características se indican en hojaaparte.
Fig. 1.2 - Aerogenerador
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1.2 REGULADOR DE CARGA
Un componente de suma importancia en todas las instalaciones de energía eólica es el denominadoregulador, unidad electrónica a la que se aplica la tensión del aerogenerador para controlar latransferencia de energía entre el acumulador y los circuitos de utilización.
El aerogenerador lleva integrado un regulador de carga; el tipico de 4 connexiones puede seraplicado de esta manera.
TENSION DE ENTRADA
Entrada del circuito a la que se aplica la tensión procedente del aerogenerador. Es intrínsecamenteconnectado; para mas detalles, ver capitulo aerogeno.
TENSION DE SALIDA (Utilización)
Conexión de salida de tensión en las siguientes condiciones:
Estabilizada a 12 V ó 24 V (u otros valores).
La energía procede del acumulador, siendo el regulador el que permite el paso de la energía alacumulador, dependiendo del estado de este.
BATERIA
Conexión del acumulador para almacenar la energía generada ante exceso respecto de la consumida,o bien para proporcionarla en caso contrario, por ejemplo durante la noche.
CONTROL
Línea a través de la que el convertidor o regulador proporciona información de situaciones, talescomo estado del acumulador, de la tensión de salida, carga, descarga, etc.
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En resumen, el regulador es el dispositivo de control de carga del acumulador, ya que la energía deutilización se toma siempre de este último componente.
La figura 1.3 muestra su diagrama de bloques básico.
Fig. 1.3 - Diagrama de bloques del regulador
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1.3 ACUMULADORES
El acumulador es el componente de almacenamiento de la energía de la instalación en los tiemposde nulo o consumo inferior a la proporcionada por el sistema de generación, la cual es utilizada paralos consumos de la instalación. Constituye así mismo una reserva de energía para cuando laaportada es inferior a la que demanda la instalación.
El acumulador tiene una función de primera magnitud en las instalaciones aisladas denominadas“de fin de semana”, en las que él almacenará toda la energía recibida durante los días laborablespara proporcionarla en los festivos. De este modo el dimensionado de los paneles puede serreducidos, a diferencia del acumulador, que debe ser grande.
El acumulador que incorpora el entrenador es del tipo electrolito sólido (gel de ácido) para evitarposibles derrames durante las prácticas.
El parámetro más importante del acumulador es su capacidad, suponiendo una corriente de descargacorrespondiente a la décima parte del valor nominal, la cual se representa en un gráfico como el dela figura 1.4, que es un ejemplo.
Fig. 1.4 - Ejemplo de descarga de un acumulador
Las horas de descarga corresponden al tiempo es el que el acumulador entrega toda la corrientedeterminada. Así:
HorasXX
(Ah)C100descargadeHoras
Se podrá observar en el gráfico anterior que la tensión del acumulador es superior a 12V, ya queeste está formado por seis células de 2.45V, lo que da un valor de 13.7V.
Respecto de los conceptos fundamentales de los acumuladores en relación con las aplicaciones,estos son los siguientes:
Eficiencia de la cargaEs la relación entre la energía empleada para cargar el acumulador y la realmente almacenada.Si la eficacia es baja se tendrá que colocar un mayor número de paneles.
AutodescargaEs el proceso por el cual el acumulador, sin estar en uso, tiende a descargarse.El valor usual el del 3% mensual.
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Profundidad de descargaSe denomina así al valor en tanto por ciento (%) de la energía que se ha consumido de unacumulador plenamente cargado en una sola descarga. Nunca se deberá someter al acumuladora procesos de descarga que superen el 70%, dado que un acumulador descargado puede quedarseriamente dañado y perder gran parte de su capacidad de carga. Un acumulador, en unainstalación fotovoltaica, deberá descargar diariamente entre un 10 y un 30%.
Ciclos de carga y descargaEn una instalación el acumulador puede estar sometido a una serie de ciclos de trabajo; cadaciclo comprende la descarga del acumulador y la posterior recarga, lo que supone que debe estardiseñado para soportar el mayor número posible de ciclos de carga-descarga, dicho número deciclos disminuye al aumentar la profundidad de descarga.Durante las temporadas de viento los paneles generan la energía que se emplea para satisfacerlos consumos y la sobrante se acumula. Durante las temporadas sin viento, la energía necesariapara el consumo se extrae exclusivamente desde los acumuladores, completándose así un ciclodiario de carga-descarga.Si se presenta un periodo de días sin viento prolongada, gran parte de consumo se toma delacumulador, sin que este pueda recargarse. Transcurridos los días de viento debìl, los panelesirán recargándo el acumulador, pero antes de llegar a la plena capacidad, deberan de transcuriralgunos días, ya que al seguir existiendo consumo solo una parte de la energía será almacenada.A este proceso se le denomina ciclo autónomo, el cual se calcula previamente dependiendo deltipo de uso de la instalación y de los criterios de seguridad requeridos. Por ejemplo, en unainstalación como la indicada de fin de semana, el margen suele ser de 3 días y en una conaplicación en telecomunicaciones, tales como repetidores o similares, ese margen se extiende a10 días.
En tales condiciones, el margen de seguridad se establece del siguiente modo:
seguridaddeeCoeficient
autonomíadedíasxC100
Donde:C100 = Amperios del acumulador en C100
Estado de carga: voltaje y densidadLa tensión nominal de cada elemento de un acumulador solar es de 2V. Sin embargo, la tensiónreal depende del estado de carga en que se encuentre. El voltaje disminuye a medida que labatería se descarga y aumenta cuando se está cargando.Se considera que el acumulador está totalmente cargado cuando la tensión en vacío en susbornas por elemento es de 2.20 a 2.30V.
Estado de carga: densidadUn aspecto complementario pero imprescindible para determinar el buen estado del acumuladores la densidad, ya que por si sola la tensión no determina de forma fiable el estado delacumulador.La densidad óptima de un acumulador estacionario es de 1.24, si bien se puede considerar unadensidad de trabajo de 1.20 a 1.8, por debajo del cual se corre el riesgo de superarpermanentemente el 1.15 como densidad crítica que aminora considerablemente la vida delacumulador.
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1.4 CONVERTIDORES DC/AC
La necesidad de tensión alterna con valores de frecuencia y amplitud normalizados para alimentarelectrodomésticos, ha dado lugar a la incorporación en las instalaciones fotovoltaicas deldenominado convertidor de continua a alterna (DC/AC).
Es este un dispositivo basado en un oscilador a la frecuencia de la red (50 ó 60Hz) y en unconmutador electrónico final en el que intervienen componentes inductivos para proporcionar laindicada tensión alterna.
La figura 1.5 muestra un diagrama de bloques básico de este dispositivo, que responde a laarquitectura indicada.
Fig. 1.5 - Diagrama básico de bloques del convertidor
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Existen dos tipos de convertidores DC/AC comerciales diferenciados por la forma de onda de salida,que son los siguientes:
SALIDA SEMISENOIDAL
Con esta denominación existen unos convertidores DC/AC cuya salida de tensión alterna estáformada por muestras discretas de amplitudes.
Están basados en la modulación PWM (modulación de anchura de impulsos) de su etapa depotencia, cuyos semiconductores trabajan en el modo conmutación. Son económicos, de altorendimiento, de reducido tamaño, pero su forma de onda de salida limita su utilización a equiposcon características de carga resistivas, no inductivas.
No se recomienda utilizar alimentación de estos transformadores para accionar equipo de bajo ruido,como los de alta fidelidad.
Para cargas inductivas (como motores), la función de arranque suave permite disponer de unconsumo reducido en el arranque.
SALIDA SENOIDAL
Este tipo de convertidores DC/AC proporciona ondas senoidales de tiempo continuo, al modo de laenergía eléctrica de la red.
Su etapa de potencia está formada por transistores que reciben ondas senoidales del oscilador y portanto trabajan en modo lineal, no en conmutación como el anterior, y por un transformador cuyosecundario proporciona la indicada tensión alterna.
Es este tipo de convertidor el que incorpora el entrenador.
El volumen de este convertidor es mayor que el anterior como consecuencia de la introducción deltransformador, su rendimiento enérgico es menor al trabajar los transistores en el modo lineal y,naturalmente, su precio es mayor.
Este tipo de conversor es el exigido cuando se debe proporcionar alimentación a equipos provistosde componentes interactivos y equipos de nivel de ruido muy bajo.
DIRECTRICES GENERALES
Asegúrese de que no se supera la tensión de entrada (véase "Especificaciones técnicas").Cuando se realiza la conversión de un inversor al equipo de audio, a veces se escucha ruido por losauriculares. Esto no indica que exista avería en el inversor.
Los dispositivos de audio más baratos suelen estar equipados con filtros de ruido de inferior calidad.
El inversor produce su señal con una frecuencia alta que puede ser igual a la señal de audio. Puede corregir este aspecto colocando un filtro de buena calidad.
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OBSERVACIÓN
No se recomienda conectar pequeños aparatos alimentados por baterías al inversor con una salidamodificada. Estos aparatos se pueden deteriorar o bien se puede deteriorar el inversor.
No conecte cargadores rápidos al inversor con una salida modificada. Estos aparatos se puedenaveriar, o bien se puede averiar el inversor. Conecte estos dispositivos a un inversor disponga deuna salida pura.
Las fuentes de alimentación conmutables (por ejemplo, las que tienen los ordenadores portátiles)pueden averiarse o bien puede averiarse en inversor. Algunas fuentes de alimentación sólofuncionan con una onda sinusoidal pura.
Muchos dispositivos necesitan gran cantidad de energía durante el periodo de arranque (potencia deencendido). Esta potencia puede ser varias veces la normal de funcionamiento.
Normalmente encontrará este fenómeno con los aparatos de tipo "inductivo", como los provistos demotor. Una taladradora de 600 W pueden necesitar fácilmente 1800 W de potencia de encendido.
En algunos aparatos la potencia puede ser muy superior a la mencionada. Multiplique la potenciaoperativa del dispositivo por 3.
Este valor debe ser inferior a la potencia continua (máxima) del inversor. Potencia operativa deldispositivo x 3 < capacidad del inversor.
This value has to be inferior to the continuous (maximum) power of the inverter. Operating powerof the device x 3 < inverter’s capacity
1.4.1 Características de los convertidores DC/AC
Los convertidores DC/AC se diferencian por un conjunto de especificaciones técnicas de las cualeslas más notables son las siguientes:
TENSION DE ENTRADA
TENSION/FRECUENCIA DE SALIDA
POTENCIA NOMINAL
POTENCIA DE PICO
Margen de la tensión continua de entrada que sepuede aplicar al convertidor (por ejemplo 10.5 – 16V).
Valores nominales de la tensión alterna de salida ysu frecuencia correspondiente.
Es referido este parámetro a la potencia expresadaen vatios que puede proporcionar el convertidor demodo continuo.
Potencia que puede proporcionar el convertidordurante un tiempo especificado (por ejemplo Wp =370 W durante 2 minutos).
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PUNTA DE ARRANQUE
RENDIMIENTO
PROTECTION AND CONTROL
FUNCIÓN DE ARRANQUE SUAVE
Corresponde a la potencia que puede proporcionarun convertidor en un instante, esto es en elmomento de la demanda del consumo si esinductivo/reactivo, el cual puede llegar a ser dehasta el 300% del nominal.
Relación de transferencia de energía entre entrada ysalida expresado en (%).Corresponde al cociente entre la energía consumidapor el circuito de entrada y la entrada a la cargacomo salida.Algunos convertidores pueden alcanzar unrendimiento del 95%, lo que supone una pérdida deenergía del 5%.
Corresponde este parámetro a las prestaciones queofrece el equipo para protección de la tensión desalida y el control de sus circuitos. Las más notablesson las siguientes:
Protección por desconexión del circuito desalida ante cortocircuitos, exceso deconsumo o temperatura elevada.
Aviso de tensión de entrada baja. Aviso de corriente de entrada insuficiente
para el consumo demandado. Control vía puerto serie de los parámetros
de entrada y salida del convertidor.
Los inversores provistos de un inversor de circuitode arranque suave son inteligentes y, de hecho,antes de generar la tensión de salida nominalrealizan una verificación de la carga conectada ysólo si todo es correcto proporcionan la tensión desalida. Esta verificación sólo lleva unos segundos.La tensión de salida tampoco apareceinmediatamente en el mando del usuario, sino quese incrementa de un modo lineal desde cero hasta latensión nominal a lo largo de 1-2 segundos.Gracias a este modo de funcionamiento, cuando seusa un motor, un refrigerador, un acondicionador deaire o al menos una carga inductiva, la fuertecorriente de irrupción que por lo general necesitaríaeste tipo de usuarios al arrancar el motor lasuministra un inversor de manera gradual con el finde permitir que el arranque
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1.5 CABLES ELECTRICOS
Los cables eléctricos empleados para interconexión entre el aerogenerador y los componentes deregulación y control y entre estos y los elementos a alimentar, deben ser elegidos cuidadosamentepara no provocar pérdidas excesivas de energía.
Se consideran aceptables a efectos del cálculo de la sección del cable, las siguientes pérdidas:
Desde el aerogenerador 1%Desde el regulador al acumulador 1%Desde el regulador a los elementos de consumo 3%
En tales condiciones, el cálculo para cable de cobre se obtiene mediante la siguiente fórmula:
S(mm2) = 0.036 Li/∆V
Donde:
S = Sección del cable en mm2
L = Distancia entre componentes en metrosi = Corriente en circulación∆V = Caída de tensión en los cables (%)
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2. DESCRIPCIÓN DEL ENTRENADOR DL WIND-A
El entrenador DL WIND-A es un equipo de configuración modular con bastidor, y adecuado paraproporcionar tensión regulada de 12V de continua (DC) y alterna (AC) senoidal. Su configuraciónmodular es la siguiente:
AEROGENERADOR Turbina eólica de 400 W, anemómetro y sensor de la dirección del vientomontado sobre un soporte
DL 9014 Modulo de control de la bateria con un interruptor magnetotermico ysegñalacion. El modulo puede controlar una bateria de 12V (26Ah 12Vsuministrado con el entrenador).
DL 9013 Módulo convertidor (o inversor) DC/AC, con entrada de 12 voltios ysalida sinusoidal a la tensión y frecuencia de la red eléctrica.
DL 9044 Modulo de carga con una lampara halogena de 20W 12Vcc y una lamparaa LED 3W 12Vcc.
DL 9017 Modulo de carga con una lampara halogena 35W 230Vac y una lamparaLED 3W 230Vac.
DL 9022 Módulo de medición de instrumentos, como: Medición de la velocidad del viento, 0..150 Km/h Dirección del viento, 0..359° 1 amperímetro de CC ±15 A 1 amperímetro de CC ±0..30 A Vatímetro de CC, 0..300 W Voltímetro de CC, de 0..40 V
OTHER Juego de cables de conexión.
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2100-2M – BASTIDOR DE SOPORTE PARA LOS MODULOS
El bastidor de banco 2100-2M tiene la estructura en acero pintado con pintura epossidica y lasbarras horizontales son en aluminio; puede acomodar dos filas de modulos y tiene un mecanismo deenclavamiento para fijar los modulos.El proceso de instalacion consiste en el insertar el modulo en la ranura de la barra superior (Fig3.1B), levantando lo mas posible hasta permitir la insercion de la parte inferior en la relativa ranurasvasata presente en la barra inferior (Fig 3.1C).Liberando el panel, automaticamente se bloqueara (Fig 3.1D).
A B
B1 C
C1D
Fig. 3.1 - Detalle de situación de los módulos
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AEROGENERADOR
Turbina eólica Air X
Turbina eólica de tres palas, que suministra una corriente de 12V y 400 W.
Especificación técnica:Modelo Air XPeso 6 kgDiámetro del rotor 1,17 mVelocidad del viento para arrancar 3,6 m/sKilovatios hora/mes 38 kWh/mes a 5,4 m/s de velocidad promedio del vientoVelocidad máxima del viento 177 km/hPotencia nominal 400 W a 12,5 m/s de velocidad del vientoCertificaciones CSA (certificado 1954979), CE
Punto de ajuste de la regulación de tensión (ajuste de fábrica): 14,1 VIntervalo de ajuste del regulador: 13,6 a 17,0 V (aproximadamente)
Empuje global de las cargas de torre: 24 kg a 160 km/h de velocidad del viento (230 N a 45 m/s)
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1 - Funcionamiento
1-1 Resumen del funcionamiento
Las turbinas eólicas funcionan capturando la energía cinética del aire en movimiento: el viento.Convierten esta energía en movimiento de rotación que provoca el giro de un alternador, con laconsiguiente producción de corriente eléctrica. La corriente eléctrica debe regularse para queadopte una tensión que se utilizará para cargar las baterías del sistema, y debe disponerse de unsistema para evitar la sobrecarga de las baterías y para reanudar la carga después de que hayacaído la tensión de las baterías. También se debe proporcionar un medio para proteger laturbina de aire frente a los daños que puede provocar una velocidad extrema del viento.El aerogenerador consigue todos estos objetivos al incluir un alternador de imán permanentetrifásico y sin escobillas, así como una electrónica controlada mediante microprocesador quetiene por finalidad optimizar su capacidad de producción de electricidad. El microprocesadorajusta de manera continua la carga del alternador para mantener en funcionamiento las palas, ensu ángulo de ataque óptimo. El resultado:• elevada producción eléctrica• elevada eficiencia de las palas y• bajo ruido de las palas
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1-2 Modalidades de funcionamiento
En cargaCuando el aerogenerador está conectado a las baterías y la tensión se encuentra por debajo delpunto de ajuste de regulación de la tensión, las palas girarán en reacción al viento. Cuandoexiste viento, las palas continuarán girando hasta que la tensión de la batería sea igual a la delpunto de ajuste de regulación.Obsérvese que el aerogenerador necesita una tensión mínima de batería en banco(aproximadamente 10,5 V en un sistema de 12 V) o de lo contrario el controlador secomportará como si existiera circuito abierto. Consulte la sección titulada "Circuito abierto ygiro libre".Cuando se esté realizando la carga de las baterías, el LED del aerogenerador estará encendidode manera continua.
RegulaciónA medida que el aerogenerador produzca electricidad y la tensión de la batería aumente hastaalcanzar la tensión del punto de ajuste de regulación, el aerogenerador entrará en "regulación".En este punto dejará de producir energía y las revoluciones por minuto de las palas se reducirándrásticamente (casi se detendrán). El aerogenerador permanecerá en regulación hasta que latensión de la batería caiga algo por debajo del punto de ajuste de regulación (a menudo sedenomina tensión de funcionamiento). Cuando se alcance la tensión de funcionamiento, laspalas volverán a girar si aparece viento. El modo regulación está indicado porque el LED delaerogenerador parpadea aproximadamente dos veces por segundo.
Modo pérdidaEl modo pérdida viene marcado por una reducción drástica de la velocidad de la turbina, hastaaproximadamente 500-700 rpm. El aerogenerador entrará en el modo pérdida cuando se detecteuna velocidad del viento igual a 35 millas por hora (15,6 m/s), y permanecerá en el modopérdida hasta que la velocidad se reduzca hasta las 32 millas por hora (14 m/s). Si se detectauna velocidad del viento de 50 millas por hora (22 m/s), la turbina se apagará completamentedurante cinco minutos.En el modo pérdida, el LED del aerogenerador parpadeará rápidamente, a una velocidad deunas 10 veces por segundo.
Modo frenadoEl aerogenerador se puede poner en el modo frenado haciendo directamente corto con loscables positivo y negativo de la turbina o bien utilizando un interruptor de parada. Elinterruptor de parada desconecta primero la turbina de la batería y luego pone en corto loscables positivo y negativo. En los casos de vientos muy fuertes, las palas pueden girarlentamente incluso cuando el interruptor está activado.
Funcionamiento sin carga, circuito abierto, giro libreEl aerogenerador girará libremente si está desconectado de la carga eléctrica. El resultado es unciclo de velocidad rápida de la pala seguido de frenado rápido; este modo de funcionamientopuede acelerar el desgaste de la turbina y también resulta improductivo. Para apagar elaerogenerador durante breves períodos de tiempo, el fabricante recomienda utilizar uninterruptor instalado correctamente. Si el aerogenerador va a estar apagado durante un largoperíodo de tiempo, el fabricante recomienda bajar la turbina por completo o asegurar las palasde impedir que giren.
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2 - Solución de problemas del aerogenerador
Se dispone de tres pruebas de taller rápidas para verificar si el aerogenerador está funcionandocorrectamente. La prueba 1 no requiere ningún equipo. Para las pruebas 2 y 3 necesitará un bancode baterías y una taladradora potente.
PRUEBA 11) Retire el bloque de pala y cubo respecto de la turbina y colóquelo en un lugar seguro. Coloque latuerca del cubo del rotor sobre el eje del rotor.2) Intente girar rápidamente el eje del rotor a mano a la vez que conecta y desconecta los cables rojoy negro (la turbina no debe estar conectada a las baterías). Puede resultar de utilidad la ayuda deotra persona para realizar esta prueba.3) Con los cables rojo y negro conectados entre sí, hacer girar el eje debe ser más difícil. Coloque latuerca del cubo del rotor sobre el eje del rotor. Con los cables de guiñada conectados debería girarlibremente. Girando el eje con rapidez las diferencias se detectarán con mayor facilidad. Si noexisten estas condiciones, debe contactar con el vendedor de la turbina.
PRUEBA 21) Retire el bloque de pala y cubo respecto de la turbina y colóquelo en un lugar seguro.2) Conecte los cables de alimentación de la turbina a los terminales correspondientes de la batería:ROJO = positivo, NEGRO = negativo3) Cada vez que se conecta el aerogenerador a una batería, el LED parpadeará dos veces paraindicar que el controlador está funcionando correctamente. Puede que tenga que esperar 10segundos entre una repetición y otra de esta prueba para permitir que el microprocesador se ponga acero. Si el LED no parpadea cuando el aerogenerador está conectado a una turbina, debe ponerse encontacto con el vendedor de la turbina.
PRUEBA 31) Con el aerogenerador conectado a un banco de baterías, utilice una taladradora eléctrica parahacer girar el eje del rotor (o bien utilice el kit motor) a la vez que observa el LED. Una llavehexagonal de 5/16 pulg y mango largo puede servir como impulsor si es necesario.2) Por debajo de las 500 rpm, el rotor debe girar libremente y el LED debe permanecer apagado.3) A 500 rpm y por encima de este valor, el aerogenerador debe estar cargando la batería. Desdeaparecer resistencia en el eje del rotor y el LED debe encenderse. Si el eje se atasca (dificultad pararotar), llame al vendedor de la turbina o a Southwest Windpower. Asegúrese de que la tensión de labatería no tan alta como para que active el modo regulación mientras realiza esa prueba.
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3 - Aerogenerador - Vistas de despiece y lista de piezas
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Anemómetro
El anemómetro incluye sensores de velocidad y de dirección del viento. El sensor de velocidad delviento está formado por tres copas, que están fijadas a un sistema giratorio y produce 1 impulso porcada vuelta; esto significa que la frecuencia suministrada es directamente proporcional a lavelocidad del viento.
Los componentes son resistentes y soportan incluso vientos huracanados, pero sin embargo sonsensibles incluso a ligeras brisas. Incluye cojinetes sellados para garantizar una larga vida útil. Lasespecificaciones de intervalo y precisión de esta unidad se han verificado mediante pruebas entúneles de viento (información disponible previa petición). El filtrado digital, con una constante detiempo que se especifica más abajo, se aplica a las mediciones de dirección del viento. Pensando enlas zonas donde pueda causar problemas la formación de hielo en el anemómetro, se incluyenanillos de goteo para el anemómetro con el fin de desviar el agua de las juntas instaladas entrepiezas móviles. Este sensor puede tolerar vientos fuertes, de hasta 250 km/ h.
Tipo de sensor Velocidad del viento - copas eólicas e interruptor magnético Dirección del viento - tabique eólico y potenciómetro
Material de la sección eólica Tabique y cabezal de control - ABS resistente a radiación ultravioleta Copas eólicas - policarbonato Brazo del anemómetro - aluminio anodizado en negro Dimensiones (largo por ancho por alto) - (381 mm x 38 mm x 457 mm) Peso - 1,332 kg
Salida Dirección del viento – 0-20 KΩ = 0-360° Velocidad del viento – m/s = 1.006 x Hz
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DL 9014 – MODULO DE CONTROL DE BATERIA
El módulo DL9014 es de control de batería, para lo que incorpora los siguientes componentes:
Set de cables con terminal para conectar una bateria de 12V.
Interruptores magnetotérmicos de 32A para el control de activación/desactivación de lasposibles batería..
Diodos led indicadores de batería activada.
Bornes de 4 mm negras/rojas de seguridad, para la conexion de la bateria.
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DL 9013 - DC/AC INVERTER MODULE
Modulo convertidor de la tension continua de entrada a 12V en tension alterna sinusoidal de salida.Incluye circuitos de control contra la sobrecarga en salida y contra la descarga profunda de labateria (tension inferior al umbral de 10.5V).
Tenga presente que un inversor que suministre 600 W estará retirando aproximadamente 60 A de labatería.
El inversor dispone de protección interna. Los modelos de 127 y 230 VCA están equipados con unfusible de tubo, montado en el enchufe de conexión. Sustituya el fusible sólo por otro idéntico.
El inversor cortará la salida en caso de que aparezcan problemas técnicos. Apague el inversorinmediatamente y deshaga todas las conexiones. Revise el aparato conectado.
Deje que se enfríe el inversor cuando se haya utilizado de manera prolongada o intensa. ·
En caso de que se produzca una sobrecarga, la función de reinicio automático encenderá el inversorautomáticamente tan pronto como haya desaparecido la sobrecarga.
CARACTERISTICAS
Versión de 230V Versión de 127VInput voltage: 10.5 – 16 V 10.5 – 16 VOutput voltage: 230 V, 50 Hz 127 V, 60 HzRated power: 300 W 150 WActuación de la sobrecarga: 600 W 300 W
CONEXIONES E INDICADORES DEL MODULO
DC 12V – Alimentacion en corriente continua a la tension indicada.ON – Indicacion de estado: encendido cuando el inverter esta activo.Low Bat. & Overload - Indicador de estado: bateria descargada o sobrecarga en salida.MAINS – Salida a la tension de red (230Vac / 127Vac).
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DL 9017 – MODULO DE CARGAS A TENSIÓN DE RED
Modulo que incorpora una lampara halogena de 35W y una a LED de 3W, funcionantes a la tensionde red. Cada lampara incorpora un interruptor independiente de controlo de apagado/encendido.
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DL 9044 – MODULO DE CARGAS A 12 V
Modulo che incorpora una lampada alogena da 20W e una a LED da 3W, funzionanti a 12V.Ogni lampada incorpora un interruttore indipendente di controllo di spento/acceso.
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DL 9022 – MODULO DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDIDA
El modulose utiliza para realizar las medidas sobre un sistema fotovoltaico. Incluye un conjunto deherramientas, equipados de una salida analogica en tension proporcional al valor indicado por elinstrumento. Por tanto permite la interconexion con el software DAQ-RE disponible por separado.
Detalle instrumentos: Medición de la velocidad del viento, 0..150 Km/h Dirección del viento, 0..360° 1 amperímetro de CC ±15 A 1 amperímetro de CC ±0..30 A Vatímetro de CC, 0..300 W Voltímetro de CC, de 0..40 V
CONEXION Y INDICADOR DEL MODULO
Conector para el anemómetro y para el sensor de direccióndel viento.
Conector de alimentacion del modulo.La tension debe estar entre los 10.5V y 18V.
Interruptor para el encendido del modulo
Conectores para los señales a medir .
Conectores para medir la potencia proporcionada por elinverter.
Conectores para los señales de salida proporcional a lamedida.
NotaLos conectores negativos del voltímetro y de los anemómetros están aislados respecto de la tomanegativa de la batería.
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3. PRACTICAS PROPUESTAS
3.1 REALIZACIÓN DE LAS PRÁCTICAS
El objetivo de las prácticas propuestas es realizar una serie de procedimientos de montaje yanálisis en instalaciones eléctricas eólicas.
Seis son fundamentalmente las acciones requeridas para tal propósito:
1. Identificación de componentes y asociación con su función.
2. Interpretación de esquemas y asociación con su objetivo.
3. Medición de la velocidad del viento.
4. Análisis del comportamiento de la turbina eólica
5. Montaje de las instalaciones propuestas.
6. Análisis de funcionamiento de las instalaciones realizadas.
En el DL DL WIND-A, el montaje consiste en disponer los módulos intervinientes en elbastidor de prácticas e ínter conexionarlos con los cables de doble clavija de 4 mmsuministrados.
Respecto de las medidas, estas se llevan a cabo con los instrumentos modulares del mismoentrenador.
3.2 LOS CABLES DE INTERCONEXIÓN
Tal como se ha indicado anteriormente, los montajes propuestos se llevan a cabo disponiendolos módulos necesarios e ínter conexionarlos con los cables suministrados.Tales cables tienen clavijas de 4 mm.
Una particularidad de algunas clavijas es su conexión hembra superior para poder conectar otraclavija, condición esta que es imprescindible para algunos montajes.
DL WIND-A
Vers. 334
3.3 RELACION DE PRACTICAS
Prácticas Nº 1 Identificación de los componentes
Prácticas Nº 2 Instalación y comprobación del aerogenerador
Prácticas Nº 3 Instalación y comprobación del anemómetro
Prácticas Nº 4 Conexión del aerogenerador y anemómetro al entrenador
Prácticas Nº 5 Regulación y carga de la batería
Prácticas Nº 6 Instalación eólica de corriente continua
Prácticas Nº 7 Instalación eólica de corriente alterna
DL WIND-A
Vers. 3 35
PRACTICA Nº 1 - IDENTIFICACION DE LOS COMPONENTES
Finalidad:
Identificar todos los componentes del entrenador y asociarlos con su función.
Equipamiento necesario:
Entrenador DL WIND-A completo
Procedimientos:
a) Identificar los componentes de su aerogenerador, el cual está compuesto: Aerogenerador. Palas. Torre de sustentación.
Identificar los conectores de salida del generador eléctrico, situados en el mástil.
b) Identificar el anemómetro y el soporte donde está montado, y relacionarlos con sus respectivasfunciones. Observar los terminales de salida del anemómetro.
c) Identificar el bastidor de prácticas y en el lo siguiente
Las ranuras en el perfil de cada barra para bloquear los modulos.
d) Identificar todos los módulos del entrenador y en ellos lo siguiente:
La serigrafia es representativa de los componentes que estan encada modulo. El modulo de la insstrumentacion de medida. Las hembrillas para las interconexiones.
e) Identificar el juego de cables empleado para las interconexiones entre la estructura rodante y elbastidor de sobremesa.
f) Tales cables son los siguientes:
Negro y rojo seccion 4 mm, largueza 5 m para la salida del modulo fotovoltaico. Cable a 5 polos gris, largueza 5 m para la celda calibrada y para el sensor de temperatura Conjunto de cables de distintos colores con clavijas de 4mm.
DL WIND-A
Vers. 336
Fig. 3.1 - Componentes del aerogenerador.Se pueden observar las cinco palas acopladas al generador.
NOTAS:
DL WIND-A
Vers. 3 37
PRACTICA Nº 2 - INSTALACIÓN Y COMPROBACIÓN DEL AEROGENERADOR
Finalidad:
Montar las palas y el resto de los accesorios del aerogenerador y el conjunto en la torre metálica.
Descripción:
El aerogenerador AirX está compuesto por los siguientes componentes:
Alternador con un puente rectificador y con un regulador de carga para suministrar 12 V encorriente continua
Tubo de cola para sujetar la veleta de orientación.
Veleta de orientación en la parte posterior.
Abrazadera de soporte para las palas
Cono frontal
Palas (tres)
Tubo de acoplamiento del aerogenerador a la torre metálica.
La figura siguiente muestra el aerogenerador montado:
Fig. 3.2 - Vista lateral del aerogenerador.
DL WIND-A
Vers. 338
Equipamiento necesario:
Aerogenerador completo.
Torre metálica.
Bastidor de prácticas.
Módulo de medidas DL 9022.
2 cables de interconexion negro/rojo de 5 m
Procedures:
a) Assemble the wind turbine according to the following sequential steps:
1. Posicionar la torre metálica.
2. Instalar en la parte superior de la torre el tubo de acoplamiento con el aerogenerador.
3. Instalar sobre el tubo de acoplamiento el alternador.
4. Instalar las palas sobre la caja del eje del alternador, utilizando los tornillos que sesuministran de M4x20.
5. Instalar el tubo de cola y la veleta de orientación en la parte posterior.
6. Girar a mano la hélice, y verificar que gira con facilidad.
b) Instalar en el bastidor de prácticas el módulo de medidas DL 9022 y llevar a cabo las siguientesacciones:
Conectar los cables de la fuente de alimentación de las tomas de la turbina eólica yconectarlas al voltímetro del aerogenerador en el módulo DL 9022, respetando la polaridad.
Girar con la mano las hélices del aerogenerador y comprobar que genera tensión.
c) Instalar la torre metálica con el aerogenerador en el lugar elegido, prolongar los cables desuministro lo necesario y dejarlo así preparado para las siguientes prácticas.
NOTAS:
DL WIND-A
Vers. 3 39
PRACTICA Nº 3 - INSTALACIÓN Y COMPROBACIÓN DEL ANEMÓMETRO
Finalidad:
Instalar el anemómetro sobre su soporte metálico y verificar que funciona.
Descripción:
Es un anemómetro de copas, las semiesferas están equipadas con un imán que dispara unconmutador de lengüeta.El valor de frecuencia será proporcional a las revoluciones y, por lo tanto, a la velocidad del viento.This component is mounted on a metal stand. The following figure illustrates the entire apparatus.
Descripción:
Fig. 3.3 - Anemómetro montado sobre su pie.
Equipamiento necesario
Anemómetro.
Bastidor de prácticas
DL 9022 Módulo de medida de la velocidad del viento
Pie metálico.
Cables de prolongación
DL WIND-A
Vers. 340
Procedures:
a) Instalar el anemómetro y su soporte metálico sobre el mástil, siguiendo la ilustración anterior, yrealizar las observaciones siguientes:
Mover con la mano el anemómetro para comprobar que gira con normalidad sobre su eje.
Mueva manualmente el tabique, para verificar que gira sobre su eje correctamente.
b) Instale el módulo de medición (DL 9022) en el bastidor del entrenador y conecte el cable delanemómetro (toma de cinco hilos) a sus respectivos casquillos. Con estas especificaciones, elinstrumento indicará una velocidad del viento en kilómetros hora y una dirección del viento engrados.
Si el anemómetro se ha instalado en el aula para esta práctica inicial, mover sus cazoletas con lamano para comprobar el funcionamiento del sistema de medida
NOTAS:
DL WIND-A
Vers. 3 41
PRACTICA Nº 4 - CONEXIÓN DEL AEROGENERADOR YANEMÓMETRO AL ENTRENADOR
Finalidad:
Instalar el aerogenerador y el anemómetro en sus lugares definitivos para las prácticas posteriores ymedir los parámetros de energía eléctrica y velocidad del viento.
Descripción:
Después de instalar el aerogenerador en su lugar definitivo, este se moverá con vientos de 3 m/s(10.8 Km/h), proporcionando energía.
En tales condiciones, es posible medir dos parámetros básicos, que son:
Tensión en circuito abierto
Con el anemómetro se podrá obtener una gráfica de la correspondencia de la corriente con lavelocidad del viento.
No es posible medir la corriente de cortocircuito debido a que el controlador, situado en el interiorde la turbina eólica, realiza un bloqueo del motor cuando la salida está en corto.
Equipamiento necesario:
Anemómetro.
Bastidor de prácticas.
DL 9022 Módulo de medida de la velocidad del viento.
Cables de interconexión.
DL WIND-A
Vers. 342
Procedimientos:
a) Instale la turbina eólica con el sensor en su posición definitiva y extienda los cables dealimentación eléctrica hasta el bastidor del entrenador.
b) Instalar el anemómetro en su lugar definitivo y prolongar sus cables de suministro deinformación hasta el bastidor de prácticas.
c) Instalar los módulos que intervienen en el bastidor de prácticas y, después, llevar a cabo lassiguientes acciones:
Conecte los cables de la turbina eólica a las tomas de tensión del aerogenerador que aparecenen el módulo DL 9022, observando la polaridad.
Conectar los cables del anemómetro a las hembrillas de módulo DL 9022, respetando lapolaridad.
d) En las condiciones del punto anterior, proceder a observar en los instrumentos de medida y aanotar los siguientes parámetros:
Tensión en circuito abierto = ______
Velocidad del viento = ______
Si es posible, repetir esta práctica ante diferentes situaciones del viento, y trazar un gráfico decorrespondencia entre ese y la tensión generada.
NOTAS:
DL WIND-A
Vers. 3 43
PRACTICA Nº 5 - REGULACION Y CARGA DE LA BATERIA
Finalidad:
Introducir en la instalación el regulador electrónico y la batería para cargarla, efectuando medidasde corriente en el aerogenerador y en la batería durante el proceso.
Equipamiento necesario:
Aerogenerador.
Anemómetro.
Bastidor de prácticas
DL 9022 y DL 9014 módulos,con su batería correspondiente (26Ah, 12V).
Cables de interconexión
Procedimientos:
a) Instalar los módulos según muestra la figura 3.4.
b) Instalar la batería de 26Ah,12V en los cables correspondientes al interruptor del módulo DL9014, respetando la polaridad.Para comprobar su buen funcionamiento, accionar el indicado interruptor y observar que seenciende su led correspondiente marcado con ON.Después de esa prueba, desactivar el interruptor hasta que sea requerido.
Nota: Las baterías suministradas llegan con algo de carga, lo suficiente para la prueba indicada.
c) Interconexionar el circuito conforme a la figura 3.4 y llevar a cabo las siguientes acciones
Activar el interruptor del módulo DL 9014 para poner en circuito la batería.
Medir la corriente que suministra el aerogenerador mediante el amperímetro de medida delmódulo DL 9022, anotando el valor:
I aerogenerador =
Mide la tension suministrada (por el modulo de regulación adentro del Air-X) utilizar elmódulo DL 9022, y tome nota de los valores.
V aerogenerador =
Nota: Antes de que se produzca la carga total de la batería, desconecta el interruptor delmódulo DL 9014.
DL WIND-A
Vers. 344
Fig 3.4 –Interconexión de los módulos
NOTAS:
DL WIND-A
Vers. 3 45
PRACTICA Nº 6 - INSTALACION EÓLICA DE CORRIENTE CONTINUA
Finalidad:
Alimentar cargas de 12 V con la energía de la batería, la cual se considera totalmente cargada con laenergía del aerogenerador.
En esta práctica no interviene el aerogenerador, el cual se ha empleado anteriormente para cargar labatería.
Equipamiento necesario:
Bastidor de prácticas.
Módulos DL 9022, DL 9014 y DL 9044, este último con su batería correspondiente (26Ah,12V)
Cables de interconexión
Procedures:
a) Proceder a instalar en el bastidor de prácticas e interconexionar los módulos de la figura 3.5,teniendo en cuenta lo siguiente:
Que el interruptor del módulo DL 9014 esté desactivado.
Que los interruptores de L1 y L2 del módulo DL 9044 estén desconectados.
b) Conforme a las condiciones del punto anterior, comprobar que las lámparas están apagadas yque el amperímetro del módulo no indica paso de corriente.
c) Activar el interruptor del módulo DL 9014 y el interruptor L1 del módulo DL 9044 ycomprobar lo siguiente:
Que la lámpara L1 está encendida.
Que el amperímetro indica el consumo de la lámpara, que es de 35W y 3W a 12V.
P = V * I
Comprobar que se cumple
d) Repetir la operación anterior, pero ahora accionando también L2 del módulo DL 9044, con loque el consumo pasa a ser de 38W.
DL WIND-A
Vers. 346
Fig 3.5 –Interconexión de los módulos
NOTAS:
DL WIND-A
Vers. 3 47
PRACTICA Nº 7 - INSTALACION EÓLICA DE CORRIENTE ALTERNA
Finalidad:
Realice la instalación de energía eólica que proporciona tensión alterna como la red.
Para este objetivo es necesario disponer del módulo de conversión DL 9013 DC/AC, queproporciona una tensión sinusoidal modificada con las características ya indicadas.
Se han incluido en el montaje instrumentos de medida suficientes para poder medir los consumos enalterna y en continua y con ellos poder calcular el rendimiento del indicado convertidor DC/AC.
Descripción:
Dentro del cuadro de características de los convertidores DC/AC, se pueden considerar comoprincipales las siguientes:
Tensión de entrada, cuyo valor es de 10.5 – 16 V.
Tensión de salida, como la red, conforme a las especificaciones de DL 9013.
Potencia a suministrar, que es de 300/150 W (según la especificación de DL 9013).
Forma de onda de salida, que puede ser tipo PWM, la cual presenta limitaciones paraalimentar circuitos con características inductivas, y los que proporciona forma de ondasenoidal, como es el instalado en el módulo DL 9013. Esta caracteristica es muy importante.
Eficacia, corresponde esta caracteristica al factor de transferencia de energía expresadoen %. Naturalmente, el valor óptimo sería 100%, pero no es posible alcanzarlo por laspérdidas que se producen en los circuitos.El convertidor DC/AC instalado en el módulo DL 9013 tiene una eficacia próxima al 90%.Esta última característica se hallará experimentalmente en esta práctica midiendo lascorrientes de entrada y de salida.
DL WIND-A
Vers. 348
Equipamiento necesario:
Bastidor de prácticas
Módulos DL 9013, DL 9017, DL 9014, y DL 9044, este último con su bateríacorrespondiente, la cual se considera cargada.Si no es así, proceder a cargarla mediante alguno de los siguientes procedimientos: Instalando el aerogenerador. Conectando una fuente de alimentación ajustada en 13.8V a las hembrillas DC 12V
ENTRADA del módulo DL 9014 hasta que el medidor de corriente de la fuente caiga acero, momento en el que se considera cargada.
Cables de interconexión
Procedimientos:
a) Instalar los módulos según muestra la figura 3.6.
b) Interconexionar los módulos, teniendo el interruptor del módulo DL 9014 desactivado y losinterruptores de L1 y L2 del módulo DL 9044 apagados.
c) Active el disyuntor presente en el módulo Module DL 9014, y el módulo DL 9022 verificarán lapresencia de una corriente continua de 12 V en la salida del regulador (o en la entrada deltransformador de cc/ac) y la tensión de red dando el diodo verde presente en DL 9013 (outilizando voltímetro de CA).
d) Cerrar los interruptores L1 y L2 del módulo DL 9017 y llevar a cabo las siguientes acciones:
Comprobar que se enciende las dos lámparas del módulo DL 9017.
Tome nota de la corriente que proviene del anemómetro del módulo DL 9022,correspondiente a la entrada del transformador de cc/ca.
IDC =
Tome nota de la potencia transferida a las lámparas que aparece en el vatímetro delmódulo DL 9022 y anote el valor.
P =
Con los dos valores obtenidos, calcular el rendimiento del convertidor DC/AC.
Wentrada
(%) = =Wsalida
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Fig 3.6 –Interconexión de los módulos
DL WIND-A
Vers. 350
Nota:
Como se puede observar en la figura 3.6 el convertidor DC/AC (módulo DL 9013) está conectadodirectamente a la batería a través de una protección (módulo DL 9014) para minimizar las pérdidasy no sobrecargar el regulador AC/DC, por tal motivo dicho regulador no ofrece la información realdel parámetro intensidad de carga (IL).
NOTAS:
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