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FACULTAD DE INGENIERA SISTEMAS DE GENERACION

ESCUELA DE MECANICA ELECTRICA TAREA PRIMER PARCIAL

NOTA: SI EN ALGÚN CASO CONSIDERAN QUE FALTA UN DATO, INDÍQUENLO Y ASUMAN UN VALOR APROPIADO.

1. Se tiene un aprovechamiento con una altura neta de 100 m equipada con una turbina Francis en mal estado. Existe la posibilidad de utilizar otra turbina, que casi no ha funcionado, cuyas características son: H = 120 m, P = 1000 kW, n = 750 rpm y ηT = 0.90. Calcular: a) qué caudal puede turbinar en el aprovechamiento, b) cuál será la potencia generada y a qué velocidad deberá trabajar. 2. Un proyecto hidroeléctrico tiene una altura de 150 m y un caudal de diseño de 3.5 m³/s. Determine: a) El tipo de turbina a utilizar, b) Calcule la velocidad de rotación, la velocidad específica y el número de polos, c) compare y explique los resultados si se utiliza uno o dos chorros. 3. Se tienen los siguientes datos para un aprovechamiento hidroeléctrico aislado. Utilice P = 6QH (kW), con H = 60 m y un caudal ecológico de 30% del caudal mínimo: DEMANDA DE POTENCIA (kW) Mes E F M Potencia, kW

A

3000 3000 4000 4000

Mes

M

J

J

5000 5000 6000

A

S

O

N

D

6000 5000 5000 4000 4000

CAUDALES DISPONIBLES (m³/s): E F M A M J J A S O N D

CAUDAL, m³/s 4 4 4 5 5 5 6 6 6 5 5 5

a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k)

Calcule los caudales de demanda. Dibuje los histogramas de Potencia demanda, caudal demandado, caudal disponible Trace la Curva de Duración de Caudales. Determine el caudal de diseño para satisfacer la demanda de potencia, considerando un porcentaje de excedencia equivalente a 10 meses. Calcule la potencia de diseño, antes y después de considerar el caudal ecológico. Elija el tipo de turbina. Explique. Calcule la energía total disponible y la energía total aprovechable, antes y después de considerar el caudal ecológico. Calcule la velocidad específica, la velocidad de rotación (turbina-generador) y el número de polos del generador. Que sugiere para los períodos de demanda del año 10 que superan la potencia del aprovechamiento, si los hay. Calcule el ingreso dejado de percibir por no utilizar el caudal ecológico. Utilice un factor de planta de 0.6 y con costo de 1.20 Q/kWh. Con los resultados del punto 7, con el caudal ecológico, calcule los años para recuperar la inversión si el costo por MW instalado es de US$2.5 MILLONES y del total de la inversión necesaria se solicita un financiamiento del 80%. De los ingresos anuales solo el 40% se utiliza para pagar la deuda.

4. Se tienen los siguientes datos para un aprovechamiento hidroeléctrico aislado. Utilice P = 7QH (kW), con H = 120 m y un caudal ecológico de 50% del caudal mínimo: DEMANDA DE POTENCIA: Mes E F

M

A

M

J

J

A

S

O

N

D

Potencia, 1200 1200 1200 1300 1300 1300 1500 1500 1500 1800 1800 1800 kW CAUDALES DISPONIBLES: Mes

E F M A M J

J

A

S

O N D

CAUDAL, m³/s 3 2 1 4 7 10 12 15 20 8 5 4

a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k)

Calcule los caudales de demanda. Dibuje los histogramas de Potencia demanda, caudal demandado, caudal disponible Trace la Curva de Duración de Caudales. Determine el caudal de diseño para satisfacer la demanda de potencia, considerando un porcentaje de excedencia equivalente a 11 meses. Calcule la potencia de diseño, antes y después de considerar el caudal ecológico. Elija el tipo de turbina. Explique. Calcule la energía total disponible y la energía total aprovechable, antes y después de considerar el caudal ecológico. Calcule la velocidad específica, la velocidad de rotación (turbina-generador) y el número de polos del generador. Que sugiere para los períodos de demanda del año 11 que superan la potencia del aprovechamiento, si los hay. Calcule el ingreso dejado de percibir por no utilizar el caudal ecológico. Utilice un factor de planta de 0.5 y con costo de 1.50 Q/kWh. Con los resultados del punto 7, con el caudal ecológico, calcule los años para recuperar la inversión si el costo por MW instalado es de US$ 3.0 MILLONES y del total de la inversión necesaria se solicita un financiamiento del 70%. De los ingresos anuales solo el 50% se utiliza para pagar la deuda.

5. Un aerogenerador tiene una producción semanal indicada en el cuadro. La densidad del aire es 1.225 kg/m3. El aerogenerador tiene de 80 m de diámetro, con un coeficiente de potencia de 0.35. El rango de operación está entre 4 m/s y 20 m/s. Calcular la energía por cada período de 5 días. Calcular el factor de planta. El factor de pérdidas global es de 0.90. día Hora inicio Hora fin V, km/h 1 5 12 40 2

9

15

100

3

6

13

90

4

10

18

85

5

6

10

30

6. Determinar la potencia de una aeroturbina sobre la que actúa un viento de 50 km/h. el radio de cada pala es de 25 m. Determinar la energía generada por ella en 10 horas diarias, durante 6 meses.

7. Un aerogenerador tiene una producción semanal indicada en el cuadro. La densidad del aire es 1.225 kg/m3. El aerogenerador tiene de 70 m de diámetro, con un coeficiente de potencia de 0.3. El rango de operación está entre 3 m/s y 18 m/s. El factor de planta es de 0.2. La velocidad media del viento es de 6 m/s. Calcular la cantidad de aerogeneradores y la energía para cubrir la demanda de potencia de 3 MW. El factor de pérdidas global es de 0.80. 8. En un parque eólico se han instalado 60 turbinas eólicas. Suponiendo que hubiese un viento de 50 km/h durante 180 días al año y que su diámetro es de 64 m, determinar: a. Potencia absorbida por cada uno de los aerogeneradores si η =0.9. b. Energía generada por cada aerogenerador al año. c. Energía total generada al año en el parque eólico. 9. A partir de los datos siguientes, calcule: El consumo total de energía diaria La cantidad de paneles en serie y en paralelo La capacidad de la batería La corriente del regulador La potencia del inversor 4 bombillas de 25 W durante 2 horas diarias 4 bombillas de 15 W durante 5 horas diarias 1 televisor de corriente alterna de 80 W durante 3 horas diarias 1 cargador para teléfono de 5 W durante 4 horas diarias 1 congelador de corriente alterna de 400 W durante 8 horas diarias Factor global de pérdidas, 70% Eficiencia de la batería, 70% Eficiencia del inversor, 80% Rendimiento del módulo fotovoltaico, 90% Capacidad de sobre carga del inversor, 10% Potencia pico del panel de 150 W, Horas Solar Pico 4.5 3 días de autonomía Voltaje nominal de los paneles, 12 Vdc Voltaje nominal de la batería, 24 Vdc Profundidad de descarga de la batería, 0.30 Voltaje 120 V para la instalación de corriente alterna. 10. A partir de los datos siguientes, calcule: Los equipos no identificados de corriente alternan son de corriente directa El consumo total de energía diaria La cantidad de paneles en serie y en paralelo La capacidad de la batería La corriente del regulador La potencia del inversor

8 bombillas de 30 W durante 4 horas diarias 1 televisor de 60 W durante 4 horas diarias 1 cargador para teléfono de 7 W durante 2 horas diarias 1 congelador de corriente alterna de 700 W durante 10 horas diarias 1 horno de microondas de 1000 W durante 30 minutos diarios Factor global de pérdidas, 60% Eficiencia de la batería, 65% Eficiencia del inversor, 85% Capacidad de sobre carga del inversor, 5% Reserva de 20% para la posible conexión de otros dispositivos. Potencia pico del panel de 250 W, con un rendimiento de 85% Horas Solar Pico 6.0 5 días de autonomía Voltaje nominal de la batería, 36 Vdc Voltaje nominal de los paneles, 12 Vdc Profundidad de descarga de la batería, 0.40 Voltaje 240 Vac...