Conceptos Clave de Ingeniería Eléctrica y Energía Eólica: Fórmulas y Definiciones

Estroboscopio

Consiste en fijar en el extremo del eje del motor un disco de cartón dividido en sectores idénticos negros y blancos alternados, con un número de cada color igual al de polos de la máquina. Este disco se ilumina con una lámpara de neón, alimentada a una de las fases de la red a la que se conecta el motor. Si el rotor girase a la velocidad de sincronismo, el disco parecería inmóvil. Pero como el motor gira a una velocidad inferior, el disco parece girar en el sentido contrario al de rotación del motor, y a una velocidad que es la diferencia entre la de sincronismo y la real del rotor.

Factor de Carga, Planta o Capacidad Neto

Es el cociente entre la energía real generada por una central eléctrica durante un periodo (anual), y la energía generada si hubiera trabajado a plena carga durante ese mismo periodo. Varía según el combustible que se utilice y el diseño de la planta.

Fuerza de Coriolis

Es una fuerza perturbadora que aparece debido a la rotación de la Tierra, la cual explica por qué el viento no va en la misma dirección del gradiente de la presión.

Fórmulas de Energía, Potencia y Área

• Energía Cinética (Ec): Ec = 1/2 * m * v²
• Potencia (P): P = 1/2 * ρ * A * V³
• Equivalencia de Joule: 1J = 1 N*m = (kg * m/s²) *m = kg*m² / s²
• Relación de Potencias: P₂ / P₁ = (V₂ / V₁)³
• Relación de Potencias y Áreas: P₂ / P₁ = (A₂ / A₁)
• Área de un Círculo: A = π * R²

Potencia Eólica Aprovechable

Límite de Betz: Depende de la velocidad del viento, la velocidad de la punta de las palas y el ángulo de las palas (0º es mejor). Lambda (λ) es la relación entre la velocidad lineal de la punta de la pala (ω * R) y la velocidad del viento que incide en el buje. El coeficiente de potencia máximo (Cp_m) es máximo cuando lambda es constante (las palas se mantienen a la misma velocidad debido al deslizamiento) (ω = 2π * R).

Radián

Arco de circunferencia de unidad de radio de forma que el arco que abarque un ángulo determinado tenga la misma longitud que el radio unidad.

Fórmulas de Velocidad, Par y Fuerza de Empuje

• Velocidad Sincrónica (n): n = n₁ * (1 - s)
• Par (τ): τ = P_mec / ω
• Coeficiente de Par: C_p / λ
• Fuerza de Empuje (F_empuje): F_empuje = C_empuje * 1/2 * ρ * A * V³
• Relaciones de Potencia en el Eje: (P_{eje baja} = P * C_p ---- P_{eje baja} * Rendimiento_mecánico = P_{eje alta} ---- C_{p eléctrico} = C_p * R_m * R_eléctrico)

Dispositivos de Corte y Protección en Sistemas Eléctricos

• Seccionador: No tiene poder de corte ni de cierre.
• Interruptor: Corte sí (400-600A), cierre sí (40kA).
• Interruptor con Fusible: Corte depende del fusible, cierre (40kA).
• Interruptor Automático: Corte sí (16kA), cierre sí (40kA). Puede cortar un cortocircuito.
• Seccionador de Puesta a Tierra (PAT): Corte no, cierre (40kA). Si se cierra y se produce un cortocircuito, soportaría 40kA.
• Diferencia entre Fusible e Interruptor Automático: El fusible hay que cambiarlo y el interruptor automático se rearma sin cambiarle nada.

Valores Eficaz y Medio de la Tensión

• Valor Eficaz (V_ef): V_ef = V_max / √2
• Valor Medio (V_med): V_med = V_max / π

Ley de Faraday

La ley de Faraday nos dice que la magnitud de la fuerza electromotriz (fem) inducida en un circuito es igual a la razón de cambio del flujo magnético a través del circuito. Se llegó a la conclusión que la fem se puede inducir, al igual que la corriente, mediante una simple bobina o un simple alambre dentro de un campo magnético. Es decir, la fem es inducida en un circuito cuando el flujo magnético a través de un circuito varía en el tiempo.