SOLUCIÓN DE EJERCICIOS
TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN
SOLUCIÓN PROBLEMA 2-114 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES
2-114 La energía eólica se ha usado desde 4 000 a.C. para accionar barcos de vela, moler granos, bombear agua para las granjas y, más recientemente, para generar electricidad. Sólo en Estados Unidos se han usado desde la década de 1850 más de
6 millones de pequeños molinos de viento, la mayoría de ellos con potencia menor de 5 hp para bombear agua. Se han usado pequeños molinos de viento para generar electricidad desde 1900; pero el desarrollo de las turbinas de viento modernas ocurrió sólo recientemente en respuesta a la crisis energética a principios de la década de 1970. El costo de la potencia eólica ha caído en un orden de magnitud, de alrededor de $0.50/kWh a principios de la década de 1980 a alrededor de $0.05/kWh a mediados de la década de 1990, que es aproximadamente el precio de la electricidad generada en plantas que usan carbón como combustible. Las áreas con una velocidad de viento promedio de 6 m/s (o 14 mph) son sitios potenciales para la generación económica de potencia eólica. Las turbinas comerciales de viento generan de 100 kW a 3.2 MW de potencia eléctrica cada una en condiciones máximas de diseño. El diámetro de la envergadura de las hojas (o del rotor) de la turbina de viento de 3.2 MW construida por Boeing Engineering es de 320 pies (97.5 m). La rapidez de rotación de los rotores de las turbinas de viento es usualmente menor de 40 rpm (menor de 20 rpm para turbinas grandes). Altamont Pass, en California, es la instalación eólica más grande del mundo, con 15 000 turbinas de viento modernas. Esta instalación y otras dos en California produjeron 2.800 millones de kWh de electricidad en 1991, suficiente potencia para satisfacer las necesidades de electricidad de San Francisco. En 2008 se instalaron 27 260 MW de nueva capacidad de generación eólica en el mundo, elevando la capacidad total de generación eólica del mundo a 121 200 MW. Estados Unidos, Alemania, Dinamarca y España contribuyen con más del 75 por ciento de la capacidad actual de generación eólica de electricidad en el mundo. Dinamarca usa turbinas eléctricas para suministrar el 10 por ciento de su electricidad nacional.
Muchas turbinas de viento que se encuentran actualmente en operación tienen sólo dos hojas; esto se debe a que a una rapidez de punta de hoja de 100 a 200 mph, la eficiencia de la turbina de dos hojas se aproxima al máximo teórico, y el aumento de eficiencia obtenido por la adición de una tercera o cuarta hoja es tan pequeño que no justifica el costo y el peso adicionales. Considere una turbina de viento con un rotor con diámetro de 80 m que gira a 20 rpm con vientos constantes con velocidad promedio de 30 km/h. Suponiendo que la turbina tiene una eficiencia de 35 por ciento (es decir, convierte 35 por ciento de la energía cinética del viento en electricidad), determine a) la potencia producida, en kW; b) la rapidez de punta de la hoja, en km/h y c) el ingreso generado por la turbina de viento por año si la potencia eléctrica producida se vende a la empresa eléctrica a $0.06/kWh. Tome la densidad del aire
como 1.20 kg/m3.
Solución:
Solución 1: Canal
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