INSTITUTO TECNOLÓGICO DE PUEBLA.
TALLER T ALLER DE INVESTIGACIÓN INVESTIGACIÓN I Martes - Viernes 1!"" # 1$!"" %rs&
PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN. APROVECHAMIENTO DE ENERGÍA EÓLICA EN EL ITP, PALAPAS DEL EDIFICIO 51.
Enrique Díaz Maldonado
OBJETIVO GENERAL Diseñar un aerogenerador de baja potencia para la obtención de energía eléctrica, que produzca como mínimo 100 Vatios !atts"# para ser uti$izados en una $%mpara de $a parte posterior pa$apas" a$ edi&icio de In'eniería (ec%nica en e$ IT)ue*
OBJETIVO E+)E,I-I,O •
'ro(or)ionar una *isi+n del desarrollo de las distintas te)nolo,ías in*olu)radas en la ,enera)i+n e+li)a& Propor Proporcio cio!r !r "! ##r$% ##r$%! ! &#c'i &#c'ic! c! ro(!ci ro(!cio! o!"" # ##r$% ##r$%! ! #")c(ric! &#*i!(# + !"(#r!*or, +# p#r&i(! !-!(#c#r #" co+&o *# *ic/! "'&p!r!. Coci#(i0!r ! (#rc#ro # "! !p"ic!ci *# ##r$%! "i&pi! # i&p"#&#(!r (#co"o$%! p!r! #r +(#(!-"# *%! ! *%!.
)LATEA(IENTO )LAT EA(IENTO .EL )ROBLE(A En el contexto de este reporte, se ha construido un prototipo de aerogenerador de eje horizontal, de tamaño pequeño para su estudio simulado en Solid Wors! " ni#el de costo se busca que presente #entajas respecto a generadores comerciales de similar capacidad, pero, no pretende dar soluciones de ma$or rele#ancia o competir con las inmensas torres $ granjas eólicas que otorgan su energía a sistemas interconectados de un país! Se busca abastecer pequeños $ medianos consumos en zonas aisladas que tienen un potencial eólico apreciable! %or este moti#o, el prototipo es considerado de pequeña escala escala $ no conectado conectado a una red alterna mono&'si mono&'sica ca o tri&'sica! tri&'sica! La ap$i ap$icac caci/ i/n n se orie orient ntaa a uti$ uti$iz izar ar $a ener ener'í 'íaa e/$i e/$ica ca pres presen ente te en $as $as zona zonass ais$adas de edi&icios con $os que cuenta nuestro tecno$/'ico* (o se pretende determinar el comportamiento del aerogenerador al modi&icar sus par'metros estructurales tales como dimensiones del rotor o per&il alar!
(AR,O TERI,O )istoria de los "erogeneradores *n molino es una m'quina que trans&orma el #iento en energía apro#echable, que pro#iene de la acción de la &uerza del #iento sobre unas aspas oblicuas unidas a un eje com+n! El eje giratorio puede conectarse a #arios tipos de maquinaria para moler grano, bombear agua o generar electricidad! uando el eje se conecta a una carga, como una bomba, recibe el nombre de molino de #iento! Si se usa para
OBJETIVO GENERAL Diseñar un aerogenerador de baja potencia para la obtención de energía eléctrica, que produzca como mínimo 100 Vatios !atts"# para ser uti$izados en una $%mpara de $a parte posterior pa$apas" a$ edi&icio de In'eniería (ec%nica en e$ IT)ue*
OBJETIVO E+)E,I-I,O •
'ro(or)ionar una *isi+n del desarrollo de las distintas te)nolo,ías in*olu)radas en la ,enera)i+n e+li)a& Propor Proporcio cio!r !r "! ##r$% ##r$%! ! &#c'i &#c'ic! c! ro(!ci ro(!cio! o!"" # ##r$% ##r$%! ! #")c(ric! &#*i!(# + !"(#r!*or, +# p#r&i(! !-!(#c#r #" co+&o *# *ic/! "'&p!r!. Coci#(i0!r ! (#rc#ro # "! !p"ic!ci *# ##r$%! "i&pi! # i&p"#&#(!r (#co"o$%! p!r! #r +(#(!-"# *%! ! *%!.
)LATEA(IENTO )LAT EA(IENTO .EL )ROBLE(A En el contexto de este reporte, se ha construido un prototipo de aerogenerador de eje horizontal, de tamaño pequeño para su estudio simulado en Solid Wors! " ni#el de costo se busca que presente #entajas respecto a generadores comerciales de similar capacidad, pero, no pretende dar soluciones de ma$or rele#ancia o competir con las inmensas torres $ granjas eólicas que otorgan su energía a sistemas interconectados de un país! Se busca abastecer pequeños $ medianos consumos en zonas aisladas que tienen un potencial eólico apreciable! %or este moti#o, el prototipo es considerado de pequeña escala escala $ no conectado conectado a una red alterna mono&'si mono&'sica ca o tri&'sica! tri&'sica! La ap$i ap$icac caci/ i/n n se orie orient ntaa a uti$ uti$iz izar ar $a ener ener'í 'íaa e/$i e/$ica ca pres presen ente te en $as $as zona zonass ais$adas de edi&icios con $os que cuenta nuestro tecno$/'ico* (o se pretende determinar el comportamiento del aerogenerador al modi&icar sus par'metros estructurales tales como dimensiones del rotor o per&il alar!
(AR,O TERI,O )istoria de los "erogeneradores *n molino es una m'quina que trans&orma el #iento en energía apro#echable, que pro#iene de la acción de la &uerza del #iento sobre unas aspas oblicuas unidas a un eje com+n! El eje giratorio puede conectarse a #arios tipos de maquinaria para moler grano, bombear agua o generar electricidad! uando el eje se conecta a una carga, como una bomba, recibe el nombre de molino de #iento! Si se usa para
producir electricidad se le denomina generador de turbina de #iento! -os molinos tienen un origen remoto! -a re&erencia m's antigua que se tiene es un molino de #iento que &ue usado para hacer &uncionar un órgano en el siglo . a!! era com+n! -os primeros molinos de uso pr'ctico &ueron construidos en Sistan, "&ganist'n, en el siglo /..! Estos &ueron molinos de eje #ertical con hojas rectangulares! "paratos hechos de 0 a 1 #elas de molino cubiertos con telas &ueron usados para moler cereales o extraer agua! En Europa los primeros molinos aparecieron en el siglo 2.. en 3rancia e .nglaterra $ se distri distribu$ bu$eron eron por todo todo el contin continent ente! e! Eran Eran unas unas estruct estructuras uras de madera, madera, conocidas como torres de molino, que se hacían girar a mano alrededor de un poste central para le#antar sus aspas al #iento! El molino de torre se desarrolló en 3rancia a lo largo del siglo 2./! onsistía en una torre de piedra coronada por una estructura rotati#a de madera que soportaba el eje del molino $ la maquinaria superior del mismo! Estos primeros ejemplares tenían una serie de características comunes! De la parte superior del molino sobresalía un eje horizontal! De este eje partían de cuatro a ocho aspas, con una longitud entre 4 $ 5 metros! -as #igas de madera se cubrían con telas o planchas de madera! -a energía generada por el giro del eje se transmitía, a tra#és de un sistema de engranajes, a la maquinaria del molino emplazada en la base de la estructura! -os molinos de eje horizontal &ueron usados extensamente en Europa 6ccidental para moler trigo desde 7718 en adelante! 9oda#ía existen molinos de esa clase, por ejemplo, en )olanda $ como se puede obser#ar en la &igura 7, $ &igura : los cuales son los pioneros en la construcción de nue#os molinos!
3igura 7;
3igura :;
3igura 4;
5 con la producción en serie de turbinas de #iento por los &abricantes ?uriant, /estas, (ordtan, $ @onus! "quellas turbinas eran pequeñas para los est'ndares actuales, con capacidades de :8 a 48 W cada una! Desde entonces, la talla de las turbinas ha crecido enormemente, $ la producción se ha expandido a muchos países!
3igura =; Diseño actual de la ma$oría de aerogeneradores!
-a &uente de energía eólica es el #iento, o mejor dicho, la energía mec'nica que, en &orma de energía cinética transporta el aire en mo#imiento! El #iento es originado por el desigual calentamiento de la super&icie de nuestro planeta, originando mo#imientos con#ecti#os A&orma de propagación del calor de los líquidos $ gasesB de la masa atmos&érica! -a 9ierra recibe una gran cantidad de energía procedente del Sol! Esta energía, en lugares &a#orables, puede ser del orden de :!888 ?WChm: anuales! El :de ella se trans&orma en energía eólica con un #alor capaz de dar una potencia de 78EF77 Giga #atios! En la antigHedad no se conocían estos datos, pero lo que sí es cierto, es que intuiti#amente conocían el gran potencial de esta energía! -as &ormas de ma$or utilización son las de producir energía eléctrica $ mec'nica, bien sea para autoabastecimiento de electricidad o bombeo de agua! %artes de un aerogenerador; ICimientos, generalmente constituidos por hormigón en tierra, sobre el cual se atornilla la torre del aerogenerador! ITorre, &ijada al suelo por los cimientos, proporciona la altura su&iciente para e#itar turbulencias $ superar obst'culos cercanosJ la torre $ los cimientos son los encargados de transmitir las cargas al suelo! IChasis, es el soporte donde se encuentra el generador, sistema de &renado, sistema de orientación, equipos auxiliares Ahidr'ulicoB, caja de cambio, etc! %rotege a estos equipos del ambiente $ sir#e, a su #ez, de aislante ac+stico! IEl buje, pieza met'lica de &undición que conecta las palas al eje de transmisión! ILas palas, cu$a misión es la de absorber energía del #ientoJ el rendimiento del aerogenerador depende de la geometría de las palas, inter#iniendo #arios &actores; Sistemas de un aerogenerador ;
IOrientación (veleta), mantiene el rotor cara al #iento, minimizando los cambios de dirección del rotor con los cambios de dirección de #ientoJ Estos cambios de dirección pro#ocan pérdidas de rendimiento $ genera grandes es&uerzos con los cambios de #elocidad! IRegulación, controla la #elocidad del rotor $ el par motor en el eje del rotor, e#itando &luctuaciones producidas por la #elocidad del #iento!
ITransmisión , utilizados para aumentar la #elocidad de giro del rotor, para poder accionar un generador de corriente eléctrica, es un multiplicador, colocado entre el rotor $ el generador! Ienerador, para la producción de corriente continua ADB dinamo $ para la producción de corriente alterna A"B alternador, este puede ser síncrono o asíncrono! CLas !spas; El aire pasa sobre la parte superior del aspa m's r'pido que sobre las parte in&erior! -a #elocidad m's alta sobre el aspa pro#oca un ascenso o tirón hacia arriba que la hace girar sobre el eje que conecta al generador! Este principio es el que mantiene las a#es $ aeroplanos en #uelo!
C"n generador de Electricidad ; El mo#imiento rotacional se trans&iere directamente a tra#és del eje al generador, de esta &orma se induce una corriente eléctrica!
CEl coste de la unidad de energía producida en instalaciones eólicas se deduce de un c'lculo bastante complejo! %ara su e#aluación se deben tener en cuenta di#ersos &actores, entre los cuales cabe destacar; El coste inicial o in#ersión inicial, el costo del aerogenerador incide en aproximadamente el 08 a >8! El costo medio de una central eólica es de 7!888 Euros por W de potencia instalada, #ariable desde 7:K8 LW para m'quinas con una unos 7=> W de potencia, hasta 118 LW para m'quinas de 088 WJ Debe considerarse la #ida +til de la instalación Aaproximadamente :8 añosB $ la amortización de este costoJ -os costos &inancierosJ -os costos de operación $ mantenimiento A#ariables entre el 7 $ el 4 de la in#ersiónBJ -a energía global producida en un período de un año! Esta es &unción de las características del aerogenerador $ de las características del #iento en el lugar donde se ha instalado!
C-os aerogeneradores pueden producir energía eléctrica de dos &ormas; en conexión directa a la red de distribución con#encional o de &orma aislada; -as aplicaciones aisladas por medio de pequeña o mediana potencia se utilizan para usos domésticos o agrícolas Ailuminación, pequeños electrodomésticos, bombeo, etc!B, .ncluso en instalaciones .ndustriales para desalación, repetidores aislados de tele&onía, 9/, instalaciones turísticas $ deporti#as, etc! -os sistemas m's desarrollados $ rentables consisten en agrupaciones de #arias m'quinas eólicas
cu$o objeti#o es #erter energía eléctrica a la red! Dichos sistemas se denominan parques eólicos! -a energía eólica por sus condiciones de producción caprichosa est' limitada en porcentaje al total de energía eléctrica! Se considera que el grado de penetración de la energía eólica en grandes redes de distribución eléctrica puede alcanzar sin problemas del 7K al :8 del total sin especiales precauciones en la calidad del suministro ni en la estabilidad de la red! %ara conocer cu'l es la distribución de las #elocidades del #iento en un lugar determinado durante el año, se e&ect+an medidas sistem'ticas por medio de anemómetros! "ctualmente se dispone de mapas con las regiones m's &a#orecidas para la instalación de m'quinas eólicas para el apro#echamiento rentable de la energía del #iento! -os emplazamientos m's &a#orables son los cerros o las colinas que dominan un terreno despejado $ las costas marinas!
Teoría %sica de $a ener'ía e/$ica El #iento es un proceso mu$ complejo pero puede ser descrito en términos mu$ sencillos! El sol calienta la super&icie de la 9ierra en di&erente medida, dependiendo de si la super&icie est' cubierta de nubes, si est' directamente expuesta a la luz solar, o si se trata de la super&icie del océano! El aire que est' encima de las zonas m's c'lidas, se calienta, se #uel#e menos denso $ asciende! El aire que sube crea una zona de baja presión, que hace que el aire &río ad$acente a alta presión se mue#a a las zonas de baja presión! Este mo#imiento de aire es lo que llamamos #iento! En este caso, la energía eólica, en realidad energía cinética del aire en mo#imiento, proporciona energía mec'nica a u rotor hélice, que a tra#és de un sistema de transmisión mec'nica que con#ierte la energía mec'nica en energía eléctrica! omo se muestra en la siguiente &igura, la producción de energía por una turbina eólica o aerogenerador #a en &unción de la #elocidad del #iento! -a relación entre la #elocidad del #iento $ la energía est' de&inida por la cur#a de potencia, que es +nica para cada modelo de turbina $, en algunos casos, +nica para las características de un sitio especí&ico!
3igura K! %aso de #elocidad del #iento a potencia eléctrica Acur#a %M#B!
Tecno$o'ía de $a ener'ía e/$ica El rotor del aerogenerador es una de las partes m's #isibles del sistema de energía eólica! -a ma$oría de las turbinas eólicas que se &abrican ho$ en día son m'quinas de eje horizontal, con rotor a barlo#ento con dos o tres palas! El principal tipo de rotor tiene un eje que es paralelo al suelo, $ por lo tanto, horizontal al #iento
3igura 0! "preciación del rotor
3igura >! %rincipales componentes del aerogenerador!
.I+E2A B3A) AEROGENERA.ORE+ )ARA 4ONA+ R3RALE+ @uscando resol#er las necesidades de energía eléctrica en comunidades rurales que no cuentan con este ser#icio b'sico, en la 3acultad de iencias de la Electrónica de la @enemérita *ni#ersidad "utónoma de %uebla, se desarrollan aerogeneradores para apro#echar la energía del #iento $ producir electricidad para uso doméstico! Estos prototipos, que est'n en etapa experimental, se diseñan $ constru$en en iudad *ni#ersitariaJ cuando estén listos se lle#ar'n al campo para realizar las adecuaciones técnicas necesarias para que &uncionen en las condiciones ambientales de las di&erentes regiones! Esta in#estigación &orma parte del pro$ecto; N"erogenerador de 7888 Oatts con &ines domésticosP, que desarrollan los
De &orma paralela se trabaja con un "erogenerador de @aja %otencia, que tiene una capacidad de 088 Oatts! on los ajustes que se hacen a los dos prototipos, es posible que aumenten su potencia $ así resuel#an las demandas de energía eléctrica de comunidades marginadas de las sierras (orte, (egra $ la
N)emos tenido que experimentar con di#ersos materiales $ así #amos encontrando lo que mejor &unciona! 9ratamos de que sea material del país para depender menos del extranjero $ reducir costos, aunque un prototipo siempre saldr' m's caro pero cuando $a se tiene, su &abricación es menos costosaP, aclararon!UUUU "gregaron que cada problema que se encuentran se busca resol#erlo con imaginación, creati#idad $ buscando siempre materiales nacionales, debido a que un equipo de importación puede llegar a costar hasta 08 mil pesos!
@E(E3.."RV "S"S ES*E-"S El "erogenerador de
energía sea atrapada, el aerogenerador se tiene que ubicar a un promedio de > metros de altura! De acuerdo con los estudios, el aerogenerador de 088 Oatts, alcanza las mil re#oluciones por minuto, mientras que el que inicialmente era de mil, logró hasta : mil :88! %ara estos prototipos experimentales se est' diseñando un modulo multiplicador de #elocidad, que permitir' que una #uelta de las aspas sean cinco en el generador! Se cuenta también con un equipo meteorológico que continuamente capta $ en#ía los datos del comportamiento del clima, los que se comparan con el &uncionamiento de los aerogeneradores! Esto permite ir haciendo las adecuaciones técnicas necesarias! De esta &orma, se busca diseñar aerogeneradores que &uncionen las := horas del día! N)emos encontrado que ha$ temporadas en los que no sopla tanto el #iento, pero que ha$ m's sol, por lo que estamos pensando en que una #ez que estén listos los prototipos, se les podrían adaptar paneles solares que permitan al mismo tiempo apro#echar esa energíaP, &inalizaron!
IBER.ROLA ,ON+TR35E )AR63E ELI,O EN )3EBLA
3igura >!7 %arque eólico
.berdrola, en sociedad con .mpulsora -atinoamericana de Energía Reno#able A.-ERB, #a a iniciar la construcción de su primer parque de energía eólica en <éxico, que comenzar' operaciones en el próximo año :87K! -a empresa
española tiene un K7 por ciento de las acciones! En la &igura >!7 es una estimación de como quedara el nue#o parque eólico! -a unidad, conocida como %ier :, #a a estar situada en el municipio de Esperanza, en el centro de %uebla, <éxico! Se espera la construcción de este parque eólico se inicie en el segundo semestre de este año! El Grupo %. 8 antenas, con hélices de m's de 7: metros de largo, que generar'n con una primera planta, 0K mega#atios A
+3+TENTABILI.A. EN LA I()LE(ENTA,IN .E 3N AEROGENERA.OR onsiderando que esta m'quina tenga una #ida +til de :8 años Ael tiempo garantizado por lo general por los &abricantesB, esto signi&ica que antes de su hipotético desmantelamiento habr' generado =>,= #eces la energía necesaria para su &abricación! Sabiendo esto, $ haciendo una comparación con unas placas &oto#oltaicasJ pues se calcula que una de estas instalaciones solares produce en sus 48 años de #ida +til cerca de 70 #eces la energía utilizada en su creación Se puede considerar que es m's rentable una instalación eólica que solar $ su tasa de amortización es baja en comparación a la #ida +til!
La amortizaci/n de aero'enerador 7 aterías 7 con8ersor A,9.,: on#ersor DM"; %ara poder enchu&ar aparatos que &uncionen a corriente de ::8/ K8)z! on#ersor D7:/M"::8/ K88W Equipo aerogenerador F = baterías Se amortizar' 788 meses! ; a meses
RELA,IN ENTE TA(A2O ,ONTRA )OTEN,IA Existe una estrecha relación entre el tamaño de las palas del rotor $ la potencia entregada por el generador! En la &igura >!7 se #e claramente esta relación!
3igura >!7; Relación entre tamaño de pala $ potencia!
J3+TI-I,A,IN Esta in#estigación es de car'cter un tanto de aporte tecnológico $ social donde se busca bene&iciar a la comunidad en general con una problem'tica totalmente identi&icada como el én&asis de utilizar las energías reno#ables que tenemos a nuestro alrededor $ no las percibimos! El interés de apro#echar el recurso reno#able, #iento, como &uente para obtención de energía eléctrica a tra#és de turbinas o aerogeneradores de baja potencia, busca optimizar el costo del ser#icio de alumbrado dentro del .9% en la zona ubicada cerca del edi&icio K7!
?I)OTE+I+ %or medio de este pro$ecto se desea lograr un ahorro de energía en la iluminación por la demanda que ocurre en las noches $ parte de la mañana! 9ambién con este pro$ecto podemos implementarlo para el sustento de una l'mpara hasta sustento de todo un edi&icio solamente se tendría que aumentar la capacidad del acumulador $ las dimensiones de la turbina! 9ener un prototipo que sea &actible $o rentable listo para poder lle#arlo a lo existente!
.E+ARROLLO dise>5,1:5 habitantes en una super&icie territorial de 4=,:K7 mY $ una altitud m'xima de K,078 metros sobre el ni#el del mar! El 05 de la población #i#e en n+cleos urbanos $ habitan en unas de las 78 ciudades principales del estado! -a población restante reside en una de las :=5 ciudades pequeñas! El 47 de la población #i#e en las 'reas rurales en unas de las 0,:50 localidades! Se encuentra en una posición geogr'&ica entre las coordenadas de 75Z 88[ 74P de latitud norte $ 5>Z K4[ 71P de longitud oeste! -a capital del estado es la ciudad de %uebla de
\aragoza! %uebla est' compuesto de una cobertura #egetal de 71 bosques, :> sel#as, 78 pastizales, 41 agricultura, 0 matorral $ 7 otros! %or la di#ersidad del alturas $ el impacto marítimo del Gol&o de <éxico, el estado de %uebla cuenta con toda #ariedad de climas, desde de los &ríos $ h+medos en los ne#ados #olc'nicos hasta los c'lidos $ h+medos en la huasteca! 'lido llu#ioso en los llanos costeros $ seco con llu#ias mínimas en la región del norte de la parte central $ en los ne#ados en las cumbres del itlatépetl! orrientes de aire pro#ienen del sur en in#ierno $ prima#era $ en el #erano del noroeste! -a zona de estudio est' caracterizada principalmente por la presencia del extenso /alle de %uebla, al (orte el #olc'n de -a
3igura 1! 6rientación del #iento en %uebla! omo se menciona anteriormente %uebla cuenta con &actores que &a#orecen el apro#echamiento del #iento como energía reno#able! Estos &actores son las 'reas libres en zonas especí&icas $ la #elocidad del #iento que en promedio es de 1mh a 7: mh, los cuales son los necesarios para dar luz #erde a nuestro pro$ecto! *na #ez aclarado este punto de ubicación geogr'&ica $ &actores relacionados, continuamos con el desarrollo técnico, en donde se les habla de componentes de un aerogenerador como; el alabe, el generador, la caja multiplicadora, #eleta el soporte $ la base principal!
Se mencionan cada uno de estos componentes $ su papel que desempeñan $o los &actores que se tienen que considerar! 9ambién recordando que nuestro producto es una simulación en Solid Wors, por eso se mostraran &iguras con algunas características de nuestro aerogenerador
)er&i$ de$ A$ae Se denomina per&il alar o per&il aerodin'mico, a la &orma plana que al desplazarse a tra#és del aire es capaz de crear a su alrededor una distribución de presiones que genere sustentación! Seg+n el propósito que se persiga en el diseño, los per&iles pueden ser &inos o gruesos, cur#os, simétricos o no, e incluso el per&il puede ir #ariando a lo largo del ala!
3igura 5! %er&il del alabe!
N@mero de A$aes Dentro del criterio para elegir el n+mero de alabes esta la cur#a característica de coe&iciente de potencia #ersus la #elocidad especi&ica! alculando la #elocidad especí&ica, elegimos 4 alabes para el pro$ecto! En la siguiente gra&ica 7!, que se obtu#o de una empresa que se dedica a la elaboración de aerogeneradores se puede obser#ar la relación que existe entre $a 8e$ocidad = e$ coe&iciente de potencia*
Gra&ica 7! /elocidad oe&iciente de %otencia
Imp$ementaci/n de$ aero'enerador E$aoraci/n de a$aes %ara el diseño de los alabes se realizó un esquema mediante el so&tOare de +o$id ors para el diseño preliminar! Se di#idió el per&il alar en un n+mero total de 77 secciones para dar &orma al alabe &inal! El diseño de los alabes se realiza tomando en cuenta la ma$or e&iciencia de #iento, entregado en la zona de estudio! Sin embargo, en este trabajo se realizaron los alabes con una restricción de 7!:Km! Esta dimensión &ue escogida
arbitrariamente en base a una apreciación de comodidad $ &acilidad de implementación! "-"@E E( %6-.ES9.RE(6 Debemos aclara que la &otogra&ías no son las de nuestro pro$ecto $a que ha$ que recordar que nuestro producto &inal solo es una simulación en +o$id ors# pero en &igura 78!, nos da una idea de cómo son los alabes terminados
3igura 78! "labes!
GENERA.OR ., Dentro de las consideraciones, se contempló la utilización de un generador D, puesto que es de &'cil adquisición en el mercado $ se ajusta al pro$ecto por diseño mec'nico $ por buenas prestaciones de generación! Se consiguió un modelo de generador D, $ se realizaron algunas pruebas para #eri&icar su comportamiento seg+n una rotación promedio! "quí se muestra un generador existen $ el de la simulación!
3igura 77! Generador!
%69E(." DE- GE(ER"D6R En la siguiente tabla7!, se muestran algunos #alores que se obtu#ieron después de una serie de pruebas en di&erentes R%< esto se realizó con la a$uda del material que se encuentra en el laboratorio de eléctrica
R)( 781 :81 47= =75 K:8 044 >48!K 148!K
,ARA,TERI+TI,A+ .EL GENERA.OR .,* VOLTAJE INTEN+I.A. 5 7 71 7!K :1 :!1 4> 4!K =0 =!4 KK =!1 0K K!4 >= K!1
)OTEN,IA 5 :> >1!= 7:5!K 75>!1 :0= 4==!K =:5!:
548!K 78K8 77K0 7:K0
14 0 5: 0!4 78: 0!K 778 0!0 9abla 7! aracterísticas del generador!
=51 K1K!5 004 >:0
-ABRI,A,IN .EL EJE .E ROTA,IN -uego de #eri&icar la con&iguración de acople de la parte &rontal del generador D, se realizó un molde met'lico con el &in de ajustar al canal que bordea el radio del generador! Se acoplaran a la l'mina dos tubos met'licos de 7 7=P $ 7 71P con el &in de &ijar la cola $ el eje de rotación de la base del generador!
3igura! 7: Soporte de acoplamiento!
.I+E2O .E LA VELETA -a #eleta est' &ormada por una super&icie plana met'lica sobre la que el #iento ejerce una presión en el momento en que no est'n orientadas paralelamente en la dirección del mismo, pro#ocando un par de giro que orienta la turbina!
(
Area veleta =0.04 Area barrido
(
Area veleta =4 Areabarrido
si r = 1.25 m
)
)
Area barrido = π r
2
Area barrido = 4.908 m
2
(
2
Area veleta =0.04 4.908 m
Area veleta =0.1963 m
)
2
Diseño de la #eleta;
3igura 74! /eleta
-ABRI,A,IN .EL VOLANTE %ara el #olante se tu#o en cuenta el eje de rotación del rotor, sumado a los es&uerzos que debe soportar este mismo en la juntura con respecto a la #ibración por el paso del aire! Se &abricó un disco en el cual se posicionaron los alabes $ se obser#ó su comportamiento con respecto al eje del rotor! -as sujeciones al eje son posiciones &ijas que dan presión al eje con el &in de e#itar mo#imientos de
cabeceo, se maquinó una pieza met'lica con re&uerzo en el centro para dar &irmeza en la zona de conexiónJ esta pieza cuenta con tres sujeciones a base de prisioneros que realizan &uerzas contra el eje de &orma concéntrica! Diseño del terminado!
3igura 7=! /olante o soporte para los alabes!
.I+E2O .EL +O)ORTE )RIN,I)AL 5 BA+E -uego de terminar en conjunto el aerogenerador, se comenzó a estudiar la &orma de sostenerlo $ darle &irmeza! Se pensó en realizar un soporte, pero es mucho m's complejo $ el en&oque del pro$ecto se basa en realizarlo de &orma que pueda ser para el usuario promedio! Se decidió utilizar tubería met'lica de :P soldada a una base $ con soportes de apo$o!
3igura 7K! Soporte principal $ base!
+ELE,,IN .EL L3GAR .E 3BI,A,IN -uego de comparar las condiciones de #iento en las di&erentes zonas que se encuentran cerca del edi&icio K7 se decidió que la zona cerca de las palapas es la m's adecuada $a que esta libre
EN+A(BLE .EL AEROGENERA.OR %or medio del diseño realizado en Solid Wors, se ensamblaron cada una de las partes guiadas por un modelo #irtual!
Se tomaron las partes de construcción del aerogenerador, acoples $ tornillería, para realizar una prueba antes de lle#arlo a la zona de instalación, en ella se comprobó el acople de todas las piezas el correcto &uncionamiento mec'nico!
,3RVA .E )OTEN,IA .EL GENERA.OR ., (E.I,IONE+ EN +ITIO -a cur#a de potencia, nos representa la cantidad de energía generada por la turbina, la #elocidad de #iento, estas mediciones se hallaron mediante la toma de medidas de tensión $ corriente, teniendo en cuenta la #elocidad de #iento instant'nea, a di&erentes horas en el día! Entonces después de todo el desarrollo $ la creación de las piezas de la turbina en Solid Wors el aerogenerador queda como en las siguientes im'genes!
,ON,L3+IONE+ Se cumplió con el cien por ciento del objeti#o general, $a que se ha desarrollado el diseño con éxito on respecto a los objeti#os especí&icos, solo se ha logrado el K8 de estos $a que, si se est' concientizando a terceros en hacer uso de las energías limpias, para así reducir el impacto de la contaminación en el medio ambiente, también &uera de estos objeti#os este mismo prototipo se puede implantar incluso en nuestro propio hogar! %or otro lado el K8 restante no se puede desarrollar $a que no se cuenta con capital para la elaboración de este diseño, pero queda como un diseño latente que se puede tomar en cuanto se cuente con los recursos su&icientes! El diseño del aerogenerador lle#ado a cabo intenta dar solución a dicho problema de una manera sencilla $ aunque, desde el punto de #isto ingenieril, toda#ía quedan muchos detalles por &ijar, mediante este pro$ecto se quiere dar un primer paso que ser#iría para la construcción de un prototipo inicial &iable! Si en alg+n momento, este pro$ecto comienza a realizarse sería con#eniente que antes de &abricar el prototipo real, se hicieran di&erentes modelos con distinta &orma de las palas, para comprobar que realmente el propuesto aquí es el que consigue una extracción de energía ma$or, $a que este par'metro es de gran importancia en el diseño del sistema!
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(ERHA+OL ENERGCA+ RENOVABLE+
