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Title:
FORCED EOLIAN METHOD FOR PRODUCING ELECTRICAL ENERGY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/041219
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method relating to the technical sector of electrical power plants, more concretely to wind power plants or wind farms. The battery of motor-driven fans (1)(2) sucks air from the atmosphere and discharges into the duct that has a rectangular frusto-pyramidal shape (3), and the discharge region of the duct contains a turbine (4) connected to an electrical generator (5), the turbine evacuating into the atmosphere. By applying the power calculation formulae to diagrams n° 1 and 2, at the inlet and outlet of the conduit, and establishing the relationship, the following is obtained: P2 = Cpt/Cpv S2 1/S2 2 P1 where P2 = power at the outlet of the channel in KW, Cpt = power coefficient of the turbine, Cpv = power coefficient of the fans, S2 1 = swept area at the inlet in m2, S2 2 = swept area at the outlet in m2, P1 = power at the inlet of the duct in KW. Said method enables hydrogen to be produced at cheaper prices than petroleum. CO2 pollution is practically reduced to zero. Said method can be used in all sectors of the industry and especially in those wherein consumption is significant.

Inventors:
GONZALEZ MARTIN, Domingo (Avda. de Oleiros, 6 2A, Acoruña, E-15008, ES)
Application Number:
ES2013/000202
Publication Date:
March 20, 2014
Filing Date:
September 11, 2013
Export Citation:
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Assignee:
GONZALEZ MARTIN, Domingo (Avda. de Oleiros, 6 2A, Acoruña, E-15008, ES)
International Classes:
F03D3/04; F03G7/10
Domestic Patent References:
WO2012050909A12012-04-19
Foreign References:
US4159426A1979-06-26
US5734202A1998-03-31
DE2732192A11979-01-25
Other References:
None
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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.

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 C0 2 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 C0 2 .

Descripción detallada de la invención. La formula para el cálculo de la potencia útil es:

P u = C p 1/2 p Q V 2 = C p 1/2 p S V 3 donde

P u = Potencia útil

Q = Caudal

C p = 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= C pV l/2* l,24QiV 2 ! /100 =C pv l/2* l,24S,V 3 1 /100 donde

Pi = Potencia en la entrada al conducto en KW

C pv = 0,4 (coeficiente de potencia del ventilador)

Qi = Caudal en la entrada del conducto en m /seg.

Si = Área barrida en la entrada en m 2

Vi = velocidad en la entrada del conducto en m/seg. Salida del conducto (S 2 )

P 2 = C pt 1/2* 1 ,24Q 2 V 2 2 /100 = C pt l/2* 1,24S 2 V 3 2 /100 donde

P 2 = Potencia en la salida del conducto en KW

C pt = 0,2 (coeficiente de potencia de la turbina)

Q 2 = Caudal en la salida del conducto en m 3 /seg.

S 2 = Area barrida en la salida en m

V 2 = velocidad en la salida del conducto en m/seg.

Si dividimos la potencia de la salida del conducto (P 2 ) por la potencia la entrada (Pi) tenemos: P 2 /P, = C pt /C pv V 2 2 /V\ = C pt /C pv S 2 /S, V 3 2 /V 3 j

El caudal en la entrada es el mismo que el caudal en la salida, lueg

SiV, = S 2 V 2 y ν 2 = 8,ν,/¾

Sustituyendo tenemos

P 2 P1 = C pt /C pv S 2 !/S 2 2 de donde

Sustituyendo

P 2 — Cpt Cp V n 3 S 2 V / S 2 2 P v n = numero de motoventiladores

S v = Área de descarga del ventilador

P v = Potencia del ventilador en KW

V 2 = 10 Vi

Si S 2 = 0,05Si

Como se puede observar si S 2 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 S 2 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 C0 2 , 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 m 3 /seg.

1440 r.p.m.

Presión de descarga = 120 mm C.A,

Sección de descarga = 0,504*0,406 = 0.2 m 2

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 C p p S V 3 /100 Cp = r, t luego

P = 1/2 n t p S V 3 /100 dónde

P = potencia en KW, r x = rendimiento total, p = densidad del aire, S= área barrida en m 2 , V = velocidad del aire en m/seg., r\ t = ¾ ηε C p dónde r| m = rendimiento mecánico, η e = rendimiento eléctrico, C p = coeficiente de potencia ó rendimiento de la turbina. Si r| m = 0,85, η ε = 0,8 y C p = 0,3 ( Para una turbina d eje vertical y una relación de velocidades de 5)

n t - 0,85*0,80*0,30 = 0,204.

Despejando

V = (P* 100*2/n t *p*S) 1/3 dónde

P = 1500 KW

-p = l,24

S = 1.44 m 2 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 m 2

Sección de salida = 1,3*2,5 = 3,25 m 2

Longitud = 175 m.

Las revoluciones de la turbina las define el C p = 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.